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Die
Erfindung betrifft ein Verschiebegelenk und eine Differentialanordnung
mit zumindest einem integrierten Verschiebegelenk, die Teil eines
Differentialgetriebes ist und insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs dient.
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Aus
der
DE 43 14 503 C1 ist
ein Verschiebegelenk in Form eines Tripodegelenks bekannt, das ein
Gelenkaußenteil
zur Aufnahme eines Gelenkinnenteils mit einer Anschlußwelle umfaßt. Das
Gelenkaußenteil
weist einen Bahnabschnitt mit drei umfangsverteilten achsparallelen
inneren Ausnehmungen auf. Dabei ist der Bahnabschnitt als Kaltumformteil
mit etwa konstanter Wandstärke
ausgebildet und hat eine den Ausnehmungen entsprechende Außenkontur.
In die Ausnehmungen greifen drei Tripodezapfen des Gelenkinnenteils
mit Rolleneinheiten ein, wobei das Gelenkinnenteil gegenüber dem
Gelenkaußenteil
in Längsrichtung
verschiebbar ist.
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Die
DE 101 25 793 C2 zeigt
eine Differentialanordnung mit einem Differentialkorb mit darin
integrierten Drehgelenken, der in einem Getriebegehäuse drehbar
gelagert ist. Die Differentialanordnung umfaßt mehrere Ausgleichsräder und
mit diesen kämmende
Seitenwellenräder,
die zur Drehmomentübertragung
auf zugehörige
Seitenwellen dienen. Um den axialen Bauraum der Differentialanordnung gering
zu halten, sind die Drehgelenke, deren Gelenkaußenteile mit den Seitenwellenrädern fest
verbunden sind, vollständig
innerhalb des Differentialkorbs angeordnet. Axial benachbart zu
den Drehgelenken, die in Form von Festgelenken gestaltet sind, hat
der Differentialkorb zwei im Durchmesser reduzierte Lageransätze zur
Lagerung im Getriebegehäuse.
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Bei
Differentialanordnungen mit integrierten Drehgelenken in Form von
Verschiebegelenken sind Lager mit großen Durchmessern erforderlich,
um den Differentialkorb im Getriebegehäuse zu lagern. Derartige Lager
haben ein hohes Gewicht und benötigen viel
Platz, so daß die
Abmaße
der Differentialanordnung insgesamt groß sind.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verschiebegelenk
und eine Differentialanordnung mit zumindest einem integrierten
Verschiebegelenk vorzuschlagen, wobei das Verschiebegelenk und die
Differentialanordnung kompakt bauen und damit auch ein geringes
Gewicht aufweisen sollen.
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Diese
Aufgabe wird nach einer erfindungsgemäßen Lösung durch ein Verschiebegelenk,
insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
gelöst,
umfassend ein Gelenkaußenteil
mit einer Anschlußseite
und einer Öffnungsseite, das
um eine Drehachse X drehbar ist und mehrere umfangsverteilte parallel
zur Drehachse X verlaufende Bahnen zum Führen von drehmomentübertragenden
Elementen aufweist, wobei das Gelenkaußenteil anschlußseitig
einen zylindrischen ersten Abschnitt zur Aufnahme eines Lagers aufweist,
der gegenüber einem
sich daran öffnungsseitig
axial anschließenden
zweiten Abschnitt einen reduzierten Außendurchmesser hat.
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Eine
derartiges Verschiebegelenk bietet den Vorteil, daß der erste
Abschnitt, welcher einen reduzierten Außendurchmesser aufweist, die
Verwendung eines im Durchmesser kleineren Lagers zum Lagern des
Gelenkaußenteils
in einem Trägerbauteil, beispielsweise
in einem Differentialkorb, ermöglicht. So
ist der radiale Bauraum in diesem Bereich insgesamt verringert,
was sich positiv auf das sogenannte „packaging" auswirkt. Zur Lagerung des Differentialkorbs
in einem Getriebegehäuse
können
dadurch kleinere Lager zum Einsatz kommen.
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Das
Verschiebegelenk ist in Konkretisierung ein Tripodegelenk, wobei
das Gelenkaußenteil
die Bahnen in Umfangsrichtung begrenzende nach radial innen gerichtete
und sich längs
erstreckende Wandungsabschnitte aufweist, die zumindest im axialen Überdeckungsbereich
mit dem zylindrischen ersten Abschnitt nach radial innen erhöht sind.
Durch die Erhöhung
der Wandungsabschnitte im Überdeckungsbereich mit
dem ersten Abschnitt nach radial innen wird gewährleistet, daß das Gelenkaußenteil – trotz im
Durchmesser reduzierten erstem Abschnitt – eine ausreichende Festigkeit
aufweist. Das Tripodegelenk umfaßt neben dem Gelenkaußenteil
einen Tripodestern mit drei Zapfen sowie je Zapfen eine Rolleneinheit
zum Eingriff in die Bahnen des Gelenkaußenteils. In bevorzugter Ausgestaltung
nimmt die radiale Höhe
der Wandungsabschnitte von der Öffnungsseite
zur Anschlußseite
kontinuierlich zu. Auf diese Weise wird die Möglichkeit der Abwinklung einer
in den Tripodestern eingesteckten Seitenwelle gegenüber dem
Gelenkaußenteil
nicht beeinträchtigt
und gleichzeitig die Festigkeit des Gelenkaußenteils, insbesondere im Bereich
des zylindrischen ersten Abschnitts erhöht. Dabei ist insbesondere
vorgesehen, daß eine Kopffläche der
Wandungsabschnitte – im
Längsschnitt
betrachtet – mit
der Drehachse X jeweils einen Winkel einschließt, der größer ist als 4°.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Gelenkaußenteil
anschlußseitig
einen Zapfen auf, der zur Drehmomentübertragung in eine entsprechende
Nabe eines Anschlußteils,
beispielsweise eines Seitenwellenrades, einsteckbar ist. Zur Axialsicherung
des Anschlußteils
auf dem Zapfen ist ein Sicherungsring vorgesehen. Alternativ hierzu
kann der Zapfen auch mit dem Anschlußteil verklebt oder in diesen
eingepreßt
sein.
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Der
axial zum zylindrischen ersten Abschnitt benachbarte zweite Gelenkabschnitt
hat eine – im Querschnitt
betrachtet – trilobe
Außenkontur.
Nach einer hierzu alternativen Ausgestaltung kann der zweite Gelenkabschnitt
auch eine zylindrische Außenkontur
haben.
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Eine
weitergehende Lösung
der obigen Aufgabe besteht in einer Differentialanordnung, insbesondere
zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen
um eine Drehachse X drehbaren Differentialkorb, mehrere Ausgleichsräder, die
im Differentialkorb auf zur Drehachse X senkrechten Achsen Y drehbar
gehalten sind und gemeinsam mit diesem umlaufen, sowie zwei einander
im Differentialkorb gegenüberliegende
und auf der Drehachse X drehbar gehaltene Seitenwellenräder, die
mit den Ausgleichsrädern
kämmen, wobei
zumindest eines der beiden Seitenwellenräder fest mit einem Gelenkaußenteil
eines Verschiebegelenks der oben beschriebenen Art verbunden ist
und das Gelenkaußenteil
im Differentialkorb drehbar gelagert ist. Dabei ist das Gelenkaußenteil
integraler Bestandteil der Differentialanordung.
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Eine
solche Differentialanordnung bietet den Vorteil, daß der erste
Abschnitt des Gelenkaußenteils,
welcher einen reduzierten Außendurchmesser aufweist,
die Verwendung eines im Durchmesser kleineren Lagers, sowohl zum
Lagern des Gelenkaußenteils
in dem Differentialkorb, als auch des Differentialkorbs in einem
Getriebegehäuse
ermöglicht. So
wird der radiale Bauraum gering gehalten. Die Differentialanordnung
kann sowohl in Form eines Kronenraddifferentials als auch eines
Kegelraddifferentials gestaltet sein. Dabei dienen Differentialanordnungen
mit nur einem integrierten Verschiebegelenk insbesondere zum Einsatz
in Antriebssträngen
von Kraftfahrzeugen mit einer in Bezug auf eine Fahrzeuglängsachse
außermittig
versetzt angeordneten Differentialgetriebe, beispielsweise bei vorderradgetriebenen
Kraftfahrzeugen mit quer eingebautem Motor. Es sind jedoch auch
Differentialanordungen mit zwei integrierten Gleichlaufgelenken
denkbar.
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Das
Gelenkaußenteil
ist mit seinem ersten Abschnitt im Differentialkorb vorzugsweise
gleitend gelagert, wodurch ein kleiner Durchmesser des Lagers erreicht
wird und Kosten gespart werden können.
In Konkretisierung weist der Differentialkorb einen hülsenförmigen Ansatz
auf, in dem das Gelenkaußenteil
gelagert ist. Dabei ist der hülsenförmige Ansatz
vorzugsweise axial zwischen dem Seitenwellenrad und dem zweiten
Gelenkabschnitt verbaut. So ist auch die axiale Baulänge der
Differentialanordnung kurz gehalten.
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Radial
außen
bildet der hülsenförmige Ansatz
eine Lagerfläche
zum Lagern des Differentialkorbs im Getriebegehäuse. Zum Lagern kommt vorzugsweise
ein Wälzlager
zum Einsatz, das mit axialer Überdeckung
zum ersten Abschnitt des Gelenkaußenteils angeordnet ist. Diese
Ausgestaltung ist besonders günstig,
da das Wälzlager
einen kleinen Durchmesser aufweisen kann, da es axial im Bereich des
ersten Abschnitts mit reduziertem Außendurchmesser angeordnet ist.
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Es
ist vorgesehen, daß das
Getriebegehäuse
einen zum Gelenkaußenteil
koaxialen Ansatz aufweist, an dem eine stehende Faltenbalganordnung anschließbar ist.
Alternativ hierzu kann das Gelenkaußenteil öffnungsseitig einen zylindrischen
dritten Abschnitt zum Befestigen einer mitrotierenden Faltenbalganordnung
aufweisen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend erläutert. Hierin
zeigt
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1a)
ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk
im Längsschnitt;
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1b)
das Verschiebegelenk aus 1a) gemäß Schnittlinie
A-A;
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2 eine
erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung
im Längsschnitt;
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Differentialanordnung
im Längsschnitt;
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Verschiebegelenk 1 in
Form eines Tripodegelenks. Dieses umfaßt ein Gelenkaußenteil 2 sowie
ein sternförmiges
Gelenkinnenteil 3 mit drei Zapfen 4, auf denen jeweils
eine Rolleneinheit 5 drehbar gehalten ist. Die Rolleneinheiten 5 greifen
in zur Drehachse X parallel verlaufende Bahnen 6 zur Drehmomentübertragung auf
eine in das Gelenkinnenteil 3 mit Verzahnungseingriff eingesteckte
Seitenwelle 7. Die Seitenwelle 7 mit angebrachtem
Gelenkinnenteil 3 ist gegenüber dem Gelenkaußenteil 2 abwinkelbar
und axial verschieblich.
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Das
Gelenkaußenteil 2 ist
topfförmig
gestaltet und hat einen Boden 8, an den ein Zapfen 9 mit einer
Längsverzahnung
zum drehfesten Verbinden mit einem Anschlußteil angebracht ist, sowie
eine Öffnung 11,
in die die Seitenwelle 7 mit dem Gelenkinnenteil 3 eingeschoben
ist.
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Radial
außen
hat das Gelenkaußenteil 2 einen
sich vom Boden 8 aus erstreckenden zylindrischen ersten
Abschnitt 12. Mit diesem ersten Abschnitt 12 kann
das Verschiebegelenk 1 in einem Lager drehbar aufgenommen
werden. Dabei ist als Lage rung eine Gleitlagerung günstig, um
den radialen Bauraum gering zu halten. Axial benachbart zum ersten
Abschnitt 12 schließt
sich öffnungsseitig
ein zweiter Abschnitt 13 mit größerem Durchmesser an. Dieser
hat eine den drei Bahnen 6 entsprechende trilobe Außenkontur.
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Längsgerichtete
und nach radial innen erhöhte
Wandungsabschnitte 14 begrenzen die Bahnen 6 des
Gelenkaußenteils 2 in
Umfangsrichtung. Dabei nimmt die radiale Dicke der Wandungsabschnitte 14 von
der Öffnung 11 zum
Boden 8 kontinuierlich zu, so daß die Festigkeit im Bereich
des ersten Abschnitts mit reduziertem Außendurchmesser nicht beeinträchtigt ist.
Die Wandungsabschnitte 14 bilden Kopfflächen 15, die – im Längsschnitt
betrachtet – mit der
Drehachse X einen Winkel einschließen, der zwischen 4° und 7° liegt.
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2 zeigt
eine Differentialanordnung 16 mit einem Differentialkorb 17,
das in einem nur teilweise dargestellten feststehenden Getriebegehäuse 18 gelagert
ist und als integrativen Bestandteil ein Verschiebegelenk 1 nach 1 aufweist.
Auf die obige Beschreibung des Verschiebegelenks 1 wird
insofern Bezug genommen.
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Die
Differentialanordnung 16 ist Teil eines Differentialgetriebes
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und dient zur Drehmomentübertragung von
einer nicht dargestellten Antriebswelle über zwei Seitenwellenräder 19, 20 auf
je eine zugehörige
Seitenwelle, von denen nur die rechte Seitenwelle 7 dargestellt
ist. Dabei ist die Seitenwelle 7 in das Gelenkinnenteil 3 des
Verschiebegelenks 1 eingesteckt und kann gegenüber einer
Drehachse X des Differentialkorbes 17, die mit der Drehachse
des Gelenkaußenteils
zusammenfällt,
Winkelbewegungen ausführen.
Derartige Differentialanordnungen 16 mit einseitig integriertem
Verschiebegelenk 1 kommen insbesondere in Antriebssträngen von
Kraftfahrzeugen mit in Bezug auf eine Fahrzeuglängsachse außermittig versetzt angeordnete
Antriebswelle zum Einsatz, wie es beispielsweise bei vorderradangetriebenen
Kraftfahrzeugen mit quer eingebautem Motor der Fall ist.
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Der
Differentialkorb 17 ist mehrteilig ausgebildet und umfaßt ein topfförmiges erstes
Korbteil 21 mit einem Flansch 22 sowie ein deckelförmiges zweites
Korbteil 23 mit einem Flansch 24, wobei an den Flanschen
ein Tellerrad 25 zum Einheiten eines Drehmoments in die
Differentialanordnung 16 befestigt ist. In dem Differentialkorb 17 ist
ein Trägerelement 26 angeordnet,
welches gemeinsam mit dem Differentialkorb 17 um die Längsachse
X umläuft. Das
Trägerelement 26 ist
sternförmig
ausgeführt
und hat drei Zapfen 27 mit zur Drehachse X senkrechten Zapfenachsen
Y sowie einen zentralen Durchbruch 28. Im ersten Korbteil 21 sind
regelmäßig über den Umfang
verteilt eine der Anzahl der Zapfen 27 entsprechende Anzahl
von Ausnehmungen 29 vorgesehen, in die die Zapfen 27 eingreifen.
Dabei sind die Ausnehmungen 29 in Form von axialen Schlitzen
gestaltet, welche sich bis zum zweiten Korbteil 23 erstrecken
und in die das Trägerelement 26 eingeschoben
ist. Auf jedem der Zapfen 27 ist jeweils ein Ausgleichsrad 31 drehbar
gelagert, wobei als Lagerung eine Gleitlagerung vorgesehen ist.
Die Ausgleichsräder 31 sind
auf dem zugehörigen
Zapfen 27 axial begrenzt beweglich, wobei sie durch den
Verzahnungseingriff mit den Seitenwellenrädern 19, 20 auf
dem Zapfen 27 axial schwimmend gehalten sind.
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Über das
Trägerelement 26 und
die Ausgleichsräder 31 werden
das erste Seitenwellenrad 19 und das zweite Seitenwellenrad 20 angetrieben.
Dabei sind die Seitenwellenräder 19, 20 als
Kronenräder
und die Ausgleichsräder 31 als
Stirnräder
gestaltet. Die beiden Seitenwellenräder 19, 20 haben
jeweils Naben 32, 33 mit einer Innenverzahnung,
in die jeweils ein Zapfen eines Anschlußbauteils zur Drehmomentübertragung
drehfest eingesteckt werden kann. Vorliegend greift der Zapfen 9 des
Gelenkaußenteils 2 in
die Nabe 33 des rechten Seitenwellenrads 20 mit
Verzahnungseingriff ein. Durch eine Preßpassung sind die beiden Bauteile
auch axial fest miteinander verbunden. Die Länge der Naben 32, 33 richtet
sich nach dem zu übertragenden
Drehmoment. Um die axiale Baulänge
der Differentialanordnung 16 kurz zu halten, ragt die Nabe 33 in
den zentralen Durchbruch 28 hinein.
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Das
erste Seitenwellenrad 19 ist axial unter Zwischenschaltung
eines reibmindernden Axiallagers 34 mit einer Radialfläche gegen
einen Boden des ersten Korbteils 21 abgestützt. Gleichermaßen ist
auf der axial gegenüberliegenden
Seite das zweite Seitenwellenrad 20 mit einer Radialfläche unter
Zwischenschaltung einer Anlaufscheibe 35 gegen eine Stützfläche des
zweiten Korbteils 23 axial abgestützt. Dabei wird die Anlaufscheibe 35 nach
Messung der axialen Baulänge
zwischen den beiden Seitenwellenrädern 19, 20 derart
ausgewählt,
daß ein
Mindestspiel für
die Verzahnung zwischen den Ausgleichsrädern 31 und den Seitenwellenrädern 19, 20 gewährleistet
ist.
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Wie
bereits zu 1 beschrieben, hat das mit dem
Seitenwellenrad 20 fest verbundene Gelenkaußenteil 2 radial
außen
einen sich vom Seitenwellenrad 20 aus erstreckenden zylindrischen
ersten Abschnitt 12. Mit diesem ist das Verschiebegelenk 1 in einem
hülsenförmigen Ansatz 36 des
Differentialkorbs 17 drehbar gelagert. Dabei ist als Lagerung eine
Gleitlagerung vorgesehen, um den radialen Bauraum gering zu halten.
Der hülsenförmige Ansatz 36 bildet
gleichzeitig eine Lagerfläche 37 zur
Aufnahme eines Wälzlagers 38,
das in Form eines Kegelrollenlagers gestaltet ist. Mit dem Wälzlager 38 ist
die Differentialanordnung 16 im Getriebegehäuse 18 drehbar
gelagert. Dadurch, daß das
Wälzlager 38 axial
im Bereich des hülsenförmigen Ansatzes 36 und
dem zylindrischen ersten Abschnitt 12 angeordnet ist, hat
dieses einen besonders kleinen Durchmesser.
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Das
Getriebegehäuse 18 hat
axial benachbart zum Wälzlager 38 einen
koaxial zum Gelenkaußenteil 2 angeordneten
zylindrischen Ansatz 39. Dieser dient zur Befestigung eines
ersten Bundes 41 einer Faltenbalganordnung 42.
An ihrem entgegengesetzten Ende ist die Faltenbalganordnung 42 mit
einem zweiten Bund 43 an eine Lageranordnung 44 angeschlossen,
in der die Seitenwelle 7 drehbar gelagert ist. Diese sogenannte
stehende Faltenbalganordnung 42 überspannt den Ringraum zwischen
dem Getriebegehäuse 18 und
der Seitenwelle 7, so daß das Eindringen von Schmutz
in die Differentialanordnung 16 bzw. das Austreten von
Schmiermittel aus der Differentialanordnung 16 verhindert
wird.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Differentialanordnung 1', die in Aufbau
und Funktionsweise im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht. Insofern
wird auf obige Beschreibung Bezug genommen. Gleiche Bauteile sind
mit gleichen Bezugsziffern und unterschiedliche Bauteile sind mit
um eins gestrichenen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zur
Ausführungsform
nach 1 ist die vorliegende Differentialanordnung 1' in Form eines
Kegelraddifferentials gestaltet. Die Ausgleichsräder 31' sind als Kegelräder ausge führt, die
auf einem Zapfen 45 drehbar gelagert sind. Der Zapfen 45 greift
in Ausnehmungen 29' des
ersten Korbteils 21' ein,
die in Form von radialen Bohrungen gestaltet sind. Die Seitenwellenräder 19', 20', die ebenfalls
als Kegelräder ausgebildet
sind, sind in axialer Richtung gegen den Differentialkorb 2' abgestützt. Dabei
weist das mit dem Gelenkaußenteil 2' über eine
Längsverzahnung und
einen Sicherungsring 46 fest verbundene Seitenwellenrad 20' eine dem Gelenkaußenteil 2' zugewandte
Radialfläche
auf, welche gegen eine im zweiten Korbteil 23' gehaltene Anlaufscheibe 35 abgestützt ist.
Das Gelenkaußenteil 2' hat – im Unterschied
zum obigen Ausführungsbeispiel – einen
sich an den zylindrischen ersten Abschnitt 12 anschließenden zweiten
Abschnitt 13',
dessen Außenkontur zylindrisch
gestaltet ist. Der Ringraum zwischen dem Getriebegehäuse 18 und
dem zylindrischen zweiten Abschnitt 13' ist mittels eines Dichtungsrings 48 abgedichtet.
Am öffnungsseitigen
Ende hat das Gelenkaußenteil 2' einen zylindrischen
dritten Abschnitt 47 mit reduziertem Außendurchmesser, auf dem der erste
Bund 41' der
Faltenbalganordnung 42' befestigt ist.
Das andere Ende der Faltenbalganordnung 42' ist mit dem zweiten Bund 43' an der Seitenwelle 7 angebracht.
Im Unterschied zur Faltenbalganordnung nach obiger Ausführungsform
rotiert die vorliegende Faltenbalganordnung 42' gemeinsam mit
dem Gelenkaußenteil 2' und der Seitenwelle 4 um
die Drehachse X.
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- 1
- Verschiebegelenk
- 2
- Gelenkaußenteil
- 3
- Gelenkinnenteil
- 4
- Zapfen
- 5
- Rolleneinheit
- 6
- Bahn
- 7
- Seitenwelle
- 8
- Boden
- 9
- Zapfen
- 11
- Öffnung
- 12
- erster
Abschnitt
- 13
- zweiter
Abschnitt
- 14
- Wandungsabschnitt
- 15
- Innenfläche
- 16
- Differentialanordung
- 17
- Differentialkorb
- 18
- Getriebegehäuse
- 19
- erstes
Seitenwellenrad
- 20
- zweites
Seitenwellenrad
- 21
- erstes
Korbteil
- 22
- Flansch
- 23
- zweites
Korbteil
- 24
- Flansch
- 25
- Tellerrad
- 26
- Trägerelement
- 27
- Zapfen
- 28
- Durchbruch
- 29
- Ausnehmung
- 31
- Ausgleichsrad
- 32
- Nabe
- 33
- Nabe
- 34
- Axiallager
- 35
- Anlaufscheibe
- 36
- Ansatz
- 37
- Lagerfläche
- 38
- Wälzlager
- 39
- Ansatz
- 41
- erster
Bund
- 42
- Faltenbalganordnung
- 43
- zweiter
Bund
- 44
- Lageranordnung
- 45
- Zapfen
- 46
- Sicherungsring
- 47
- dritter
Abschnitt
- 48
- Dichtungsring
- X
- Drehachse
- Y
- Zapfenachse