DE19546331C1

DE19546331C1 - Ausgleichgetriebe mit Differentialkorb

Info

Publication number: DE19546331C1
Application number: DE1995146331
Authority: DE
Inventors: Horst Kraml
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2015-12-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichgetriebe mit Differentialkorb. Ein Ausgleichgetriebe, oft auch Dif ferential genannt, ermöglicht den Rädern eine unterschied liche Winkelgeschwindigkeit und verteilt das Antriebsmoment auf die einzelnen Räder. Dies ist insbesondere in Kurven fahrten nötig, bei denen die Räder sich, den Abroll-Weglän gen entsprechend, unterschiedlich schnell drehen. Es gibt zwei Grundtypen von Ausgleich-getrieben. In dem ersten Typ sind je zwei Wellenhalbachsen mit je zwei gegenüberliegen den kegelförmigen Achswellenrädern fest verbunden, wobei ein oder mehrere Ausgleichkegelräder, deren Achsen senk recht zu den Wellenachsen verlaufen, gleichzeitig in beide Achswellenräder eingreifen. Ausgleichkegelräder, Achswel lenräder sowie Achswellen sind in einem Differentialkorb gelagert. Dreht sich eine Wellenhalbachse in eine Richtung bezüglich des Differentialkorbes, so erzwingt die Verbin dung der Wellenhalbachsen über die Ausgleichkegelräder eine Drehung der anderen Wellenhalbachse in entgegengesetzter Richtung bezüglich des Differentialkorbes mit gleichem Win kelgeschwindigkeitsbetrag. Laufen die beiden Wellenhalbach sen gleich schnell um, d. h. ruhen sie bezüglich des Diffe rentialkorbes, verteilt sich das Antriebsdrehmoment zu gleichen Teilen auf die Achsen. Der Differentialkorb ist mit einem Antriebsrad, z. B. einem Teller- oder Stirnrad verbunden.

Im zweiten Typ von Ausgleichgetrieben, den Planetengetrie ben sind ein Sonnenrad, ein Planetenrad und ein Hohlrad mit parallel verlaufenden Achsen im Eingriff.

Ein Ausgleichgetriebe vom ersten Typ mit Differential korb ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 810 520 beschrieben. Der Differentialkorb besteht aus zwei oder mehr Blechteilen, die an Flanschen miteinander verschraubt sind. Dadurch ist der Aufbau einfach, das Gewicht gering und die Bauhöhe klein. Dabei müssen die Einzelteile jedoch miteinander verschraubt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Differentialkorb zu schaffen, der sich durch einfachen Aufbau, wenige Teile, geringes Gewicht und einfachen, schnellen Arbeitsablauf bei der Montage auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die sonst übliche spanabhebende Bearbeitung des Differenti alkorbes durch eine Leichtbauweise aus kalt umgeformtem Blech ersetzt wird und damit die Rohstoffe optimal ausge nutzt werden sowie die Anzahl der Teile und die Fertigungs zeit niedrig gehalten werden. Bei einer hinreichen großen Stückzahl werden auch die Produktionsmittel für diese Be arbeitungsart wirtschaftlicher. Die Formgebung des Diffe rentialkorbes kann neben Tiefziehen durch Drücken, Stanzen, Planieren und/oder Kalibrieren erfolgen. Dabei können neben konventionellen Blechen Leichtmetall- oder sogenannte Sand wichbleche verwendet werden.

Der Differentialkorb besteht aus mehreren Teilen, die nach der Montage der Innenteile miteinander an einem oder mehre ren Flanschen verbunden sind und somit der Differentialkorb bis zur Montage im Getriebe oder Achstrieb nicht auseinan derfällt oder Einzelteile verloren gehen. Die Verbindung an den Flanschen erfolgt dadurch, daß der Flansch eines Blech teils um den des angrenzenden Teils umgebördelt wird. Die Festigkeit dieser Verbindung kann durch Eindrücken von Sicken oder Verformungen erhöht werden. Vor dem Umbördeln können die Teile anhand der Außendurchmesser der Flansche zueinander zentriert werden. Bei dieser Art der Verbindung ohne Schrauben werden Kosten in der Lagerung, Logistik und Montage eingespart.

An einem oder mehreren miteinander verbundenen umlau fenden Flanschen kann ein Antriebsrad befestigt, vorzugs weise verschraubt werden. Dabei kann ein Gewinde im Blech angeformt und durch umgebördelte Blechlaschen verlängert sein, wobei vorteilhafterweise die Schrauben durch polygone Verformung der Gewindeaugen gesintert werden. Dazu können vorzugsweise durch einen Blechflansch Augen durchgedrückt werden und im angrenzenden Flansch ein Gewinde durch selbstschneidende Schrauben spanlos umgeformt werden. Al ternativ dazu können die Schrauben durch Muttern gehalten und gesichert werden, die an einem Blechteil angeschweißt sind.

Erfolgt die Drehmomentübertragung von dem Antriebsrad auf den Differentialkorb über Schrauben, so müssen diese ausreichend dimensioniert sein. Bei einem nicht kreisför migen, vorteilig zylindrisch-polygonen Querschnitts des Differentialkorbes kann vorzugsweise ein Antriebsrad, das in seinem Zentrum eine Aussparung in Form des Differential korbquerschnitts besitzt, auf den Differentialkorb aufge steckt werden und so das Drehmoment direkt übertragen wer den. Damit können die Befestigungsschrauben des Antriebs rades viel schwächer ausgelegt werden.

Eine alternative Herstellungsmethode der einzelnen Komponenten des Differentialkorbes unter Vermeidung der spanabhebenden Bearbeitung ist das Sintern, eine festkör perchemische Reaktion. Ein Problem solcher Sinterprozesse ist die Formstabilität, die z. B. durch Schrumpfung während des Sinterns beeinträchtigt sein kann. Moderne Sinterver fahren sind aber mittlerweile so ausgereift, daß auch bei geringen Toleranzen die Form gewahrt bleibt, und eine zusätzliche, aufwendige Nachbearbeitung nicht mehr nötig ist.

Ein Differentialkorb aus Blech, Leichtmetall- oder Sandwichblech oder einem Sinterkörper hat im allgemeinen eine andere Wärmeausdehnung als die in ihm gelagerten Zahn räder. Diese unterschiedliche Wärmeausdehnung kann mit Wärmeausdehnungs-ausgleichselementen kompensiert werden. Vorteilhafter Weise kann mit solchen Elementen das Zahn spiel bei Betriebstemperaturen eingestellt, z. B. verrin gert werden. Diese Elemente können aus einem Kunststoff bestehen, der die günstige Eigenschaft hat, sowohl elastisch als auch plastisch zu sein. Die Elastizität ge währleistet eine gewünschte Vorspannung der Zahnräder, wo durch das Lastwechselgeräusch im Antriebsstrang reduziert wird. Der Übergang von der elastischen zur plastischen Ver formung dieser Elemente begrenzt diese Spannung in sinnvol ler Weise, so daß sich keine Belastungen für das Gehäuse ergeben, die zu einer Verformung des selben führen könnten. Die von Stück zu Stück variable plastische Verformung der Wärmeausdehnungsausgleichselemente gleicht die Fertigungs toleranzen der einzelnen Komponenten aus.

Ein derartiges Wärmeausdehnungsausgleichselement ist zweckmäßiger Weise zwischen dem Differentialkorb einerseits und den Achswellenrädern und/oder Ausgleichskegelrädern andererseits angebracht. Dabei kann ein solches Kunststoff teil einerseits als eigenes Bauteil, andererseits in einem Verbundmaterial, einem sogenannten Bi-Material, als aufge brachte, z. B. aufvulkanisierte Kunststoffschicht ausge führt sein. Der Träger dieser Schicht ist vorzugsweise eine Scheibe aus nitriertem Stahl. Ein solches Bi-Material wird so eingebaut, daß die harte Stahlseite als Gleitlager für die Achswellenräder und/oder Ausgleichkegelräder wirkt, und sich die Kunststoffseite von dem Differentialkorb abstützt.

In jedem Fall muß eine Lagerscheibe für Achswellenrä der und/oder Ausgleichkegelräder - ob als einfache Stahl scheibe oder als kunststoffbeschichtete Bi-Materialscheibe ausgeführt - gegen Verdrehen gesichert sein. Nasen oder Rippen der Lagerscheibe, die in Vertiefungen oder gegen gleichen Rippen des Differentialkorbes eingreifen, erfüllen diesen Zweck.

Für die Ausgleichkegelräder wird vorteilhaft eine An lauf scheibe aus nitriertem Stahl eingesetzt. Diese über steht die Temperaturen beim Verschweißen des Lagerbolzens mit dem Differentialkorb oder die auftretenden Kräfte beim Verklemmen.

Damit die Ausgleichkegelräder auf den Lagerbolzen rei bungsarm laufen, sind dazwischen Lager angebracht, die als Gleitbeschichtung, Verschleißbeschichtung oder eingezogene Gleitbüchsen ausgebildet sind. In ähnlicher Weise werden Gleitlager zwischen Differentialkorb und Achswellen ange bracht.

An den Achswellen sind die Achswellenräder ange schraubt. Die Wellenmutter dazu ist in das Achswellenrad eingepreßt, sonst würde die Mutter bei der Montage beim Einsetzen der Schraube zur Verschraubung der Halbwellen heraus fallen.

Alternativ können die Achswellen durch Sicherungsringe axial fixiert werden. Die Sicherungsringe werden durch ge eignete Einführschrägen im Achswellenrad montiert bzw. de montiert. Beim Einschieben der Achswelle legt sich der Si cherungsring in eine entsprechende tiefe Nut, analog beim Ausziehen der Achswelle (Demontage).

Eine Verwendung von Ausgleichkegel- und Wellenrädern mit fertiggeschmiedeter Verzahnung verringert die Rohmate rialkosten, verkürzt die Fertigungszeiten, weil eine span abhebende Bearbeitung vermieden wird, und spart die Produk tionsmittel dazu ein. Geringfügige Fertigungstoleranzen werden durch die oben beschriebenen Kunststoffscheiben aus geglichen.

Eine weitere Vereinfachung der Fertigung besteht dar in, die Stützlager des Differentialkorbes als Tiefziehteile auszubilden. Diese können z. B. durch Reibschweißen mit dem Differentialkorb verbunden werden. Alternativ dazu können die Stützlager aus umgebördelten Differentialkorbblechtei len gebildet werden.

Zur Versteifung eines aus Blech hergestellten Diffe rentialkorbes werden verschiedene konstruktive, strukturel le Maßnahmen getroffen. Es werden am Umfang mehrfach Rippen ausgeformt, insbesondere zum Abstützen der Kegelrollenla ger. Diese Rippen können im Bereich der Anlaufscheiben der Achswellenkegelräder zugleich als Verdrehsicherung dieser Anlaufscheiben dienen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeich nungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Differentialkorb entlang der Achswellen mit einer Ausgestal tung der Erfindung mit außermittig ange brachtem Antriebsrad;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Differentialkorb senkrecht zur Achswelle mit einer Ausgestal tung der Erfindung mit außermittig ange brachtem Antriebsrad;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Differentialkorb entlang der Achswellen mit einer Ausgestal tung der Erfindung mit mittig angebrachtem Antriebsrad und

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Differentialkorb senkrecht zur Achswelle mit einer Ausgestal tung der Erfindung mit mittig angebrachtem Antriebsrad.

Der Differentialkorb 1 besteht im wesentlichen aus zwei Blechteilen 2, 3, einem gehäuseförmigen Teil 2 und einem deckelförmigen Teil 3, die zur Aufnahme und Lagerung der Ausgleichkegelräder 4 und der Achswellenräder 5 sowie der Achswellen 6 dienen. Die Ausgleichkegelräder werden von Lagerbolzen 7 gehalten und sind mit den Achswellenrädern 5 im Eingriff. Die beiden Teile 2 und 3 des Differentialkor bes werden an Flanschen 8 und 9 zu einander zentriert und miteinander verbunden, indem der Flansch 9 um den Flansch 8 gebördelt wird. Zylindrisch-polygone Flanschkonturen ver hindern eine Verdrehung der Teile zu einander. An den Flan schen wird ein Antriebsrad 10 angeschraubt.

In den Fig. 1 und 2 ist die Ausgestaltung A mit außer mittig angebrachtem Antriebsrad 10.1 und in den Fig. 3 und 4 die Ausgestaltung B mit mittig angebrachtem Antriebsrad 10.2 dargestellt.

In der Ausgestaltung A ist das Antriebsrad 10 auf der Seite des deckelförmigen Teils 3 des Differentialkorbes 1 mittels selbstschneidenden Schrauben 11 befestigt, die in umgebördelte Blechlaschen 12 des gehäuseförmigen Teils 2 des Differentialkorbes 1 eingreifen. Das Drehmoment wird in dieser Konfiguration von dem Antriebsrad 10.1 mit seiner zylindrisch-polygonen Zentrierung auf den gehäuseförmigen, zylindrisch-polygonen Teil 2 des Differentialkorbes 1, und von dort über die Lagerbolzen 7.1 auf die Ausgleichkegelrä der 4, und damit auf die Achswellenräder 5 und letztlich auf die Achswellen 6 übertragen. In diesem Fall muß und das gehäuseförmige Teil 2 zur Drehmomentsübertragung hinreichen dimensioniert sein. Die Schraube 11.1 muß nicht so stark ausgelegt werden, da sie das Drehmoment nicht über Vor spannkraft und Reibschluß übertragen muß.

In der Ausgestaltung B wird das Drehmoment direkt von dem Antriebsrad 10.2 auf den Lagerbolzen 7.3 übertragen. Der gehäuseförmigen Teil 2 des Differentialkorbes 1 muß kein Drehmoment übertragen. Dadurch braucht die Verbin dungsschraube 11.2 zwischen Antriebsrad 10.2 und Differen tialkorb 1 nicht so stark ausgelegt werden. Der gehäuseför mige Teil 2 des Differentialkorbes 1 kann aus einem weniger starken Blech oder Sintermaterial gefertig werden und damit Gewicht eingespart werden. Das Antriebsrad 10.2 ist in die sem Fall zweckmäßig auf der Seite des gehäuseförmigen Teils 2 des Differentialkorbes 1 angebracht.

In der Ausgestaltung A der Erfindung sind zwischen den Achswellenrädern 5 und dem Differentialkorb 1 Bi-Material scheiben 13 zur Zahnspieleinstellung und als Lagerscheiben angeordnet. Diese Scheiben bestehen aus einem nitrierten Stahl auf der einen Seite und Kunststoff auf der anderen. Dabei ist der Kunststoff auf der Stahlscheibe aufvulkani siert. Die Kunststoffscheibe dient als Wärmedehnungsaus gleichselement, wie oben beschrieben. Die gehärtete Stahl scheibe dient als Gleitlager. Zwischen den Ausgleichkegel rädern 4 und dem Differentialkorb 1 sind Anlaufscheiben 14 aus nitriertem Stahlblech angeordnet.

In der Ausgestaltung B der Erfindung sind zwischen den Ausgleichkegelrädern 4 und dem Differentialkorb 1 und/oder zwischen den Achswellenrädern 5 und dem Differentialkorb 1 Bi-Materialscheiben 13 zur Zahnspieleinstellung und als Lagerscheiben angeordnet.

Die Achswellenräder 5 sind mit den Achswellen 6 ver schraubt. Die Wellenmutter 15 dazu ist in das Achswellen rad 5 eingepreßt, sonst würde die Mutter beim Einsetzen der Schraube zur Verschraubung der Halbwellen herausfallen.

Im weiteren - hier in den Figuren nicht dargestellt - ist der Differentialkorb durch Rippen strukturell ver stärkt. Die Reibungsverluste der Gleitlager werden durch angebrachte Gleitschichten gering gehalten.

Bezugszeichenliste

1 Differentialkorb
2 gehäuseförmiger Teil des Differentialkorbes
2.1 herausgestanzte Lappen
3 deckelförmiger Teil des Differentialkorbes
4 Ausgleichkegelräder
5 Achswellenräder
6 Achswellen
7 Lagerbolzen
7.1 Lagerbolzen
7.3 Lagerbolzen
8 Flansch
9 Flansch
10 Antriebsrad
10.1 Antriebsrad
10.2 Antriebsrad
11 Schraube
11.1 Schraube
11.2 Schraube
12 Blechlaschen
13 Bi-Materialscheiben
14 Anlaufscheiben
15 Wellenmutter
16 Sicherungsring.

Claims

1. Ausgleichgetriebe mit Ausgleichkegelrädern (4) und Achswellenrädern (5), die in einem Differentialkorb (1) aus Blech gelagert sind, der aus mindestens zwei Teilen (2, 3) besteht und an dem ein Antriebsrad (10) befestigt ist, da durch gekennzeichnet, daß die Teile (2, 3) bei der Montage mittels der Außendurchmesser von Flan schen (8, 9) zueinander zentriert und über diese Flansche (8, 9) miteinander verbunden werden, wobei ein Flansch um den anliegenden Flansch gebördelt wird.

2. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Differentialkorb (1) aus Leichtmetallblech oder Sandwichblech spanlos herge stellt ist, vorzugsweise durch Tiefziehen, Drücken, Stan zen, Planieren und/oder Kalibrieren.

3. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß an einem Flansch (8, 9) des Differentialkorbes (1) ein Antriebsrad (10) verschraubt ist, wobei der Außendurchmesser eines Teiles des Differen tialkorbes als Zentrierdurchmesser mit zylindrisch-polygo ner Mitnahme für das Antriebsrad (10) ausgeführt ist und der Flansch (8, 9) Gewindeaugen hat, die durch umgebördelte Blechlaschen (12) verlängert sind.

4. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß eine radiale polygone Ver formung der Gewindeaugen in den umgebördelten Blech laschen (12) eine Selbstsicherung der Verbindungsschrau ben (11) gewährleistet.

5. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindungsschrau ben (11) in Muttern eingreifen, die an einem Blechteil an geschweißt sind.

6. Ausgleichgetriebe mit Ausgleichkegelrädern (4) und Achswellenrädern (5), die in einem Differentialkorb (1) gelagert sind, an dem ein Antriebsrad (10) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Differen tialkorb (1) als Sinterkörper ausgebildet ist.

7. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (10) formschlüssig mittels einer polygonen, zentrischen Ausspa rung im Inneren auf dem Differentialkorb (1) und/oder den damit verbundenen Lagerbolzen (7) für Ausgleichkegel räder (4) aufgesteckt ist und das Drehmoment überträgt.

8. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgleich kegelrädern (4) und dem Differentialkorb (1) und/oder zwi schen den Achswellenrädern (5) und dem Differentialkorb (1) Kunststoffscheiben zur Zahnspieleinstellung angeordnet sind.

9. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgleich kegelrädern (4) und dem Differentialkorb (1) und/oder zwi schen den Achswellenrädern (5) und dem Differentialkorb (1) Scheiben aus Bi-Material (13) angeordnet sind.

10. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bi-Materialschei ben (13) aus nitriertem Stahl mit aufvulkanisiertem Kunst stoff bestehen.

11. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben zwischen den Ausgleichkegelrädern (4) und dem Differentialkorb (1) und/oder zwischen den Achswellenrädern (5) und dem Diffe rentialkorb (1) mittels Nasen und/oder Rippen und Vertie fungen im Blech verdrehsicher angebracht sind.

12. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Lager zwischen den La gerbolzen (7) und den Ausgleichkegelrädern (4) eingebracht sind und diese als Gleitbeschichtung, Verschleißbeschich tung oder eingezogene Gleitbüchsen ausgebildet sind.

13. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Lager zwischen dem Dif ferentialkorb (1) und Achswellen (6) eingebracht sind und diese als Gleitbeschichtung, Verschleißbeschichtung oder eingezogene Gleitbüchsen ausgebildet sind.

14. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achswellenräder (5) und die zugehörigen Wellenmuttern (15) miteinander verpreßt sind.

15. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichs kegel- (4) und/oder Achswellenräder (5) eine fertigge schmiedete Verzahnung besitzen.

16. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential korb (1) Stützlager aus Tiefziehteilen besitzt.

17. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential korb (1) und die Stützlager durch Reibschweißen verbunden sind.

18. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential korb (1) Stützlager aus umgebördelten Differentialkorb blechteilen besitzt.

19. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential korb (1) zur strukturellen Verstärkung am Umfang mehrfach ausgeformte Rippen hat.

20. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Differential korb (1) zur Abstützung der Kegelrollenlager am Umfang mehrfach ausgeformte Rippen hat.

21. Ausgleichgetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß diese Rippen im Bereich von Anlaufscheiben (14) und/oder Bi-Materialscheiben (13) der Achswellenräder (5) und/oder Ausgleichkegelräder (4) zugleich als Verdrehsicherung dieser Scheiben dienen.