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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge,
mit einem Differentialgehäuse,
an dem ein Antriebsrad festgelegt ist, einer in dem Differentialgehäuse gelagerten
Differentialradanordnung, die ein Eingangsglied, das mit einem ersten
Gehäuseteil
des Differentialgehäuses
in Drehrichtung verbunden und radial daran gesichert ist, und zwei
Ausgangsglieder aufweist, die jeweils mit einer Abtriebswelle verbindbar
sind, wobei das Differentialgehäuse
ferner ein zweites Gehäuseteil aufweist,
wobei das zweite Gehäuseteil
das erste Gehäuseteil
umgreift und dabei das Eingangsglied der Differentialradanordnung
radial sichert, und wobei das Antriebsrad an dem ersten Gehäuseteil
festgelegt ist.
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Ein
derartiges Differentialgetriebe ist beispielsweise bekannt aus der
EP 1 079 148 A1 .
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Differentialgetriebe
werden in Kraftfahrzeugen dazu verwendet, um Antriebsmoment von
einem Motor auf eine linke bzw. eine rechte Abtriebswelle zu verteilen.
Das Differentialgetriebe, das auch Ausgleichsgetriebe genannt wird,
dient dabei unter anderem dazu, unterschiedliche Drehzahlen des
linken und des rechten Antriebsrades zu ermöglichen, ohne dass sich der
Antriebsstrang, in dem das Differentialgetriebe verwendet wird,
verspannt.
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Solche
Differentialgetriebe können
bei Fahrzeugen mit Heckantrieb beispielsweise als eigenes Achsgetriebe
ausgebildet sein. Bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb kann das Differentialgetriebe
auch in ein Gehäuse
eines vorne quer ausgerichteten Stufengetriebes integriert sein.
Im zweiten Fall kann das Antriebsrad des Differentialgetriebes unmittelbar
mit einem oder mehreren Abtriebsrädern eines "final drive"-Radsatzes des Stufengetriebes in Eingriff
stehen.
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Die
Differentialradanordnung des Differentialgetriebes kann als Planetenradsatz
ausgebildet sein. Überwiegend
ist die Differentialradanordnung jedoch als Kegelradanordnung ausgebildet.
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Bei
einem Kegelraddifferentialgetriebe ist das Eingangsglied in der
Regel als Bolzen bzw. Lagerzapfen ausgebildet, der in eine Bohrung
des Differentialgehäuses
eingeführt
ist. An dem senkrecht zur Abtriebswellenachse ausgerichteten Bolzen sind
zwei Differentialräder
drehbar gelagert, die mit zwei Achswellen-Kegelrädern in Eingriff stehen.
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Der
Bolzen ist dabei an dem Differentialgehäuse radial gesichert. Bei der
eingangs genannten
DE
196 07 077 C2 erfolgt die Radialsicherung dadurch, dass
zwei Schrauben den Bolzen parallel zur Abtriebswellenachse durchsetzen.
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Bei
den Differentialgehäusen
solcher Differentialgetriebe unterscheidet man zwischen einteiligen
Gehäusen
(vgl. beispielsweise
DE
101 41 995 A1 und
DE
198 20 206 A1 ) und mehrteiligen Gehäusen.
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Bei
den mehrteiligen Gehäusen
liegt die Trennebene in der Regel senkrecht zur Abtriebswellenachse.
Bei dreiteiligen Gehäusen
(vgl. beispielsweise JP-11072158 A) ist ein hülsenförmiger Gehäuseteil an beiden Enden durch
Deckel abgeschlossen, durch die die Abtriebswellen hindurch verlaufen.
Dabei kann das Antriebsrad einstückig
mit dem hülsenförmigen Gehäuseteil
ausgebildet sein.
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Bei
den zweiteiligen Gehäusen
ist ein erstes Gehäuseteil
in der Regel als Topf ausgebildet und das zweite Gehäuseteil
als Deckel.
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Das
Antriebsrad kann an einem der zwei Gehäuseteile festgelegt oder einstückig hiermit
ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Antriebsrad zwischen den
zwei Gehäuseteilen
angeordnet sein (vgl. JP-62132055 A oder die eingangs genannte
DE 196 07 077 C2 ).
Die Radialsicherung des Bolzens an dem Differentialgehäuse erfolgt
in der Regel durch parallel zur Abtriebswellenachse verlaufende
Radialsicherungsstifte oder ähnliches.
Wenn das Differentialgehäuse
aus Stahlblechen aufgebaut ist, ist es auch möglich, die Radialsicherung
durch Ausdrückungen in
dem Gehäu seteil
zu realisieren, an dem der Bolzen gelagert ist (vgl.
DE 43 17 073 A1 ).
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Aus
der
DE 699 05 815
T2 ist es bekannt, zwei Differentialgehäuseteile miteinander zu verschweißen, wobei
ein Antriebsrad auf eines der Teile aufgepresst und anschließend daran
verschweißt wird.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein verbessertes Differentialgetriebe für Kraftfahrzeuge anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Differentialgetriebe dadurch
gelöst,
dass das Antriebsrad in axialer Richtung zwischen einer Schulter
des ersten Gehäuseteils
und dem zweiten Gehäuseteil
festgelegt ist.
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Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das erste und das zweite
Gehäuseteil
in axialer Richtung aufeinander zu vorgespannt sind.
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Erfindungsgemäß werden
folglich die zwei Gehäuseteile
in axialer Richtung "ineinandergesteckt", so dass das zweite
Gehäuseteil
das erste Gehäuseteil
umgreift. Der Begriff "Umgreifen" soll vorliegend
breit verstanden werden und sowohl beinhalten, dass das zweite Gehäuseteil
das erste Gehäuseteil
radial außen
umgreift oder auch radial innen.
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In
jedem Fall wird die Überdeckung
zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil dazu verwendet, um
das Eingangsglied der Differentialradanordnung radial zu sichern.
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Folglich
kann das Differentialgetriebe mit wenigen Bauteilen realisiert werden.
Separate weitere Radialsicherungsglieder sind in der Regel nicht
erforderlich.
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Durch
Festlegen des Antriebsrades an dem ersten Gehäuseteil kann das über das
Antriebsrad aufgebrachte Drehmoment unmittelbar auf das Eingangsglied
der Differentialradanordnung übertragen werden.
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Insofern
lässt sich
ein Presssitz zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil
besonders vorteilhaft realisieren, da dieser nicht durch das Antriebsmoment
belastet wird.
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Daher
ist es von besonderem Vorteil, wenn das zweite Gehäuseteil
im Presssitz an dem ersten Gehäuseteil
festgelegt ist.
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Denn
es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass das Differentialgetriebe
mit wenigen Bauteilen auskommt. Ferner ergibt sich eine einfache
Montage, durch einen Press- oder Schrumpfvorgang.
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Ein
separater Schraubvorgang oder ähnliches
ist nicht notwendig. Damit entfällt
auch das Andrehen von Zentrierungen und das Einbringen von Gewindebohrungen.
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Es
versteht sich jedoch, dass zur Verdrehsicherung Profile an den Gehäuseteilen
vorgesehen sein können,
wenn der Presssitz nicht ausreichen sollte. Auch können gegebenenfalls
Passfedern oder Stifte angewendet werden, um eine Verdrehsicherung
zu erreichen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das zweite Gehäuseteil
einen Hülsenabschnitt
auf, der einen entsprechenden Hülsenabschnitt
des ersten Gehäuseteils
radial außen
umgreift.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Radialsicherung des Eingangsgliedes besonders einfach zu realisieren,
da in dem ersten Gehäuseteil
lediglich eine Durchgangsbohrung für einen Bolzen vorzusehen ist
und der Hülsenabschnitt
des zweiten Gehäuseteils
die Bohrung radial "verschließt", wenn das zweite
Gehäuseteil
an dem ersten Gehäuseteil
festgelegt ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind das erste und das zweite Gehäuseteil in axialer Richtung
aufeinander zu vorgespannt.
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Hierdurch
kann der Presssitz zwischen den Gehäuseteilen dauerhaft aufrechterhalten
werden. Insbesondere wird hierdurch ein axiales Wandern vermieden.
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Von
besonderem Vorteil ist es dabei, wenn das erste und das zweite Gehäuseteil
durch ein erstes und ein zweites Axiallager in axialer Richtung
aufeinander zu vorgespannt sind.
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Dabei
wiederum ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eines der
Axiallager als Kegelrollenlager ausgebildet ist, an dem das Differentialgehäuse drehbar
gelagert ist.
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Durch
diese Maßnahme
wird der Bauteilaufwand weiter verringert, da die Lager zum drehbaren Lagern
des Differentialgehäuses
auch dazu verwendet werden können,
um das erste und das zweite Gehäuseteil
in axialer Richtung aufeinander zu vorzuspannen.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Antriebsrad im Presssitz an
dem ersten Gehäuseteil festgelegt
ist.
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Hierdurch
wird der Bauteilaufwand weiter verringert. Es versteht sich, dass
bei hohen Drehmomenten eine zusätzliche
Verdrehsicherung vorgesehen sein kann, beispielsweise über geeignete
Profile an dem Antriebsrad bzw. dem ersten Gehäuseteil. Gegebenenfalls ist
es auch denkbar, eine Verdrehsicherung durch zusätzliche Elemente, wie Passfedern,
Stifte, etc., zu erzielen. Diese Teile können ebenfalls zur Sicherstellung
der richtigen Montageposition der Gehäuseteile zueinander dienen.
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Auch
ist es generell vorteilhaft, wenn das erste Gehäuseteil aus Gussstahl hergestellt
ist, beispielsweise aus GGG 50.
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Hierdurch
ist es möglich,
das erste Gehäuseteil
kostengünstig
herzustellen und mit einer vergleichsweise hohen Belastbarkeit zu
versehen. Bei sehr schwach belasteten Differentialgetrieben kann das
erste Gehäuseteil
aus einem Leichtbauwerkstoff (wie Aluminium oder Magnesium) hergestellt
sein.
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Gemäß einer
weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Gehäuseteil
aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium
hergestellt.
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Hierbei
ist vorteilhaft, dass das Gewicht des Differentialgetriebes insgesamt
reduziert werden kann.
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Das
zweite Gehäuseteil
lässt sich
beispielsweise auf einfache Weise durch eine Drehoperation herstellen
Auch das erste Gehäuseteil
lässt sich
jedoch durch eine einfache Drehoperation herstellen. Für das Eignungsglied
(z.B. Bolzen) kann eine Querbohrung vorgesehen sein.
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Insgesamt
ist es ferner bevorzugt, wenn das erste und das zweite Gehäuseteil
jeweils eine Öffnung
zur Durchführung
einer jeweiligen Abtriebswelle aufweisen.
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Ferner
ist es insgesamt vorteilhaft, wenn das Antriebsrad als Stirnrad
ausgebildet ist, das koaxial zu der Abtriebswellenachse angeordnet
ist.
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Dies
ermöglicht
auf einfache Weise eine Anbindung des Differentialgetriebes an ein
Stufengetriebe im Front-Quer-Verbund.
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Das
Antriebsrad kann jedoch auch als Kegelrad ausgebildet sein.
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Insgesamt
wird mit der vorliegenden Erfindung wenigstens einer der folgenden
Vorteile erzielt:
- – es ist keine komplexe Innenbearbeitung
des Differentialgehäuses
mit Sondermaschinen notwendig;
- – eine
Verschraubung des Differentialgetriebes mit dem Antriebsrad ist
in der Regel nicht notwendig;
- – eine
Sicherung des Differentialbolzens gegen radiales Herauswandern durch
separate Bauteile ist in der Regel nicht notwendig;
- – Bauteile
wie Schrauben und Sicherungsstifte für den Differentialbolzen sind
in der Regel nicht notwendig;
- – folgende
Bearbeitungsschritte können
entfallen: Bohren des Antriebsrades, Bohren und Gewindeschneiden
des zugeordneten Gehäuseteils;
Verschrauben des Antriebsrades an dem Differentialgehäuse;
- – es
ergibt sich eine vereinfachte Montage;
- – im
idealen Fall sind sämtliche
Bauteile durch Drehoperationen herstellbar;
- – das
Differentialgetriebe weist insgesamt ein geringes Gewicht auf;
- – sofern
das Antriebsrad auf das erste Gehäuseteil aufgepresst ist, kann
eine höhere
Rundlaufgenauigkeit erreicht werden und damit eine höhere Laufruhe,
insbesondere, wenn die Verzahnung des Antriebsrades nach dem Aufpressen
endbearbeitet wird;
- – da
die Differentialgehäuseteile
ebenfalls vorzugsweise durch Drehoperationen hergestellt werden,
ergibt sich ebenfalls eine geringe Unwucht des Differentialgetriebes.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
durch ein Differentialgetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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2 in
der oberen Hälfte
einen schematischen Längsschnitt
durch eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform eines Differentialgetriebes
und in der unteren Hälfte
einen schematischen Längsschnitt
durch eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform eines Differentialgetriebes.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes
generell mit 10 bezeichnet.
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Das
Differentialgetriebe 10 weist ein Differentialgehäuse 12 auf,
an dem ein Antriebsrad 14 in Form eines Stirnrades festgelegt
ist.
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Im
Inneren des Differentialgehäuses 12 ist eine
Differentialradanordnung 16 herkömmlicher Kegelradbauart gelagert.
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Die
Differentialradanordnung 16 weist ein Eingangsglied 18 in
Form eines Differentialbolzens auf, der drehfest mit dem Differentialgehäuse 12 verbunden
ist. Ferner weist die Differentialradanordnung 16 ein erstes
Ausgangsglied 20 und ein zweites Ausgangsglied 22 auf,
die mit einer ersten bzw. einer zweiten (linken bzw. rechten) Abtriebswelle
bzw. Abtriebshalbwelle verbindbar sind.
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Das
Differentialgetriebe 10 kann insbesondere in Verbindung
mit einem Front-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet
werden, wobei das Antriebsrad 14 mit einem oder mehreren
Rädern
einer final-drive-Anordnung eines Stufengetriebes dieses Antriebsstranges
in Eingriff steht.
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Das
Differentialgehäuse 12 ist
als zweiteiliges Gehäuse
mit einem ersten Gehäuseteil 30 und einem
zweiten Gehäuseteil 32 ausgebildet.
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Das
erste Gehäuseteil 30 weist
eine Öffnung 31 zur
Durchführung
einer ersten Abtriebswelle auf. Das zweite Gehäuseteil 32 weist eine Öffnung 33 zur Durchführung einer
zweiten Abtriebswelle auf.
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Das
Antriebsrad 14 ist im Presssitz an dem ersten Gehäuseteil 30 festgelegt.
Ferner ist das Eingangsglied 18 (der Differentialbolzen)
an dem ersten Gehäuseteil 30 festgelegt.
Genauer gesagt ist das erste Gehäuseteil 30 mit
einer radial verlaufenden Durchgangsbohrung versehen, in die hinein
der Differentialbolzen 18 eingeführt ist.
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Die
Durchgangsbohrung für
den Differentialbolzen 18 ist im Bereich eines Hülsenabschnittes 34 des
ersten Gehäuseteils 30 ausgebildet.
Im eingesetzten Zustand schließen
die Enden des Differentialbolzens 18 etwa bündig mit
dem Außenumfang
des Hülsenabschnittes 34 ab.
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Das
zweite Gehäuseteil 32 weist
einen entsprechenden Hülsenabschnitt 36 auf,
der den ersten Hülsenabschnitt 34 radial
außen
im Presssitz umgreift. Der Pressitz ist ein leichter Presssitz für die Montage.
Durch den Presssitz sind die Gehäuseteile 30, 32 miteinander
verbunden.
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Dabei übergreift
der Hülsenabschnitt 36 des zweiten
Gehäuseteils 32 die
Bohrung, in der der Differentialbolzen 18 gelagert ist.
Demzufolge bildet der Hülsenabschnitt 36 eine
Radialsicherung für
den Differentialbolzen 18.
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Das
Antriebsrad 14 ist, wie gesagt, im Presssitz an dem ersten
Gehäuseteil 30 festgelegt.
In axialer Richtung ist das Antriebsrad 14 zwischen einer nicht
näher dargestellten
Schulter 42 des ersten Gehäuseteils 30 und einer
vorderen Stirnseite 44 des zweiten Gehäuseteils 32 festgelegt.
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Die
Schulter 42 ist im Bereich eines Endes des ersten Gehäuseteils 30 vorgesehen,
und die Stirnseite 44 des Hülsenabschnittes 36 des
zweiten Gehäuseteils 32 bildet
einen gegenüberliegenden Axialbund
zum Festlegen des Antriebsrades 14.
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Das
Antriebsrad 14 ist dabei an einem nicht näher bezeichneten
Grundabschnitt des ersten Gehäuseteils 30 vorgesehen,
von dem der Hülsenabschnitt 34 vorsteht.
Bei der Montage wird das Antriebsrad 14 demzufolge über den
Hülsenabschnitt 34 aufgeschoben
und anschließend
im Presssitz an dem Grundabschnitt des ersten Gehäuseteils 30 gegen
die Schulter 42 festgelegt.
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Das
Differentialgehäuse 12 ist
mittels zweier Wälzlager 38, 40 um
die Abtriebswellenachse herum drehbar gelagert.
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Genauer
gesagt sind die zwei Wälzlager 38, 40 als
Kegelrollenlager 38, 40 in X-Anordnung ausgebildet.
Deren innere Lagerringe sind dabei an dem ersten bzw. dem zweiten
Gehäuseteil 30 festgelegt. Dabei
stoßen
die inneren Lagerringe jeweils gegen eine Axialfläche des
ersten bzw. des zweiten Gehäuseteils 30, 32,
so dass über
die Kegelrollenlager 38, 40 eine Axiallagerung
der zwei Gehäuseteile 30, 32 realisierbar
ist. Bei geeigneter Lagerung der äußeren Lagerringe der Kegelrollenlager 38, 40 ist
es auch möglich,
die zwei Gehäuseteile 30, 32 in
axialer Richtung aufeinander zu vorzuspannen.
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Durch
die axiale Vorspannung kann erreicht werden, dass zum einen die
Axiallagerung des Antriebsrades 14 sowie der Presssitz
des zweiten Gehäuseteils 32 auf
dem ersten Gehäuseteil 30 dauerhaft
einrichtbar sind.
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Das
erste Gehäuseteil 30 ist
vorzugsweise aus einem Stahlgussmaterial bzw. Graugussmaterial,
wie GGG 50, hergestellt. Das zweite Gehäuseteil 32 ist vorzugsweise
aus einem Leichtbaumaterial, wie Aluminium oder Magnesium, hergestellt.
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Beide
Gehäuseteile 30, 32 lassen
sich in ihrer Endform durch Drehoperationen herstellen. Hierdurch
wird insgesamt eine hohe Laufruhe des Differentialgehäuses 12 erzielt.
Dabei kann eine Endbearbeitung der Verzahnung des Antriebsrades 14 auch nach
dem Aufpressen auf das erste Gehäuseteil 30 erfolgen,
um die Rundlaufgenauigkeit und damit die Laufruhe zu verbessern.
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Das
gesamte Differentialgetriebe 10 besteht in der einfachsten
Form lediglich aus der Differentialradanordnung 16, den
zwei Gehäuseteilen 30, 32 und
dem Antriebsrad 14 sowie den Kegelrollenlagern 38, 40.
Das Differentialgetriebe 10 weist daher nur wenige Bauteile
auf. Auch ist die Montage vereinfacht, da keine Bohrungen für axiale
Verbindungsschrauben, Sicherungsstifte etc. erforderlich sind.
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Der
Presssitz zwischen dem Antriebsrad 14 und dem ersten Gehäuseteil 30 sowie
der Presssitz zwischen den Hülsenabschnitten 34, 36 kann,
sofern dies bei höheren
Drehmomentanwendungen erforderlich ist, durch Verdrehsicherungen
unterstützt werden,
beispielsweise über
geeignete Profile. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, eine Verdrehsicherung über zusätzliche
Elemente, wie Passfedern, Stifte etc., zu realisieren.
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Der
Presssitz zwischen dem Antriebsrad 14 und dem ersten Gehäuseteil 30 sowie
der Presssitz zwischen den Hülsenabschnitten 34, 36 kann
jeweils durch axiales Auf pressen oder auch durch Aufschrumpfen
realisiert werden.
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Insgesamt
ergibt sich ferner eine hohe Steifigkeit des Differentialgetriebes 10.
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In 2 sind
zwei weitere Ausführungsformen
von Differentialgetrieben generell mit 10' bzw. 10'' bezeichnet.
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Die
Differentialgetriebe 10'' haben generell den
gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise wie das Differentialgetriebe 10 der 1,
so dass dessen Beschreibung analog heranzuziehen ist. Gleiche Elemente
sind zudem mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im Folgenden wird
lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Das
Differentialgetriebe 10' weist
ein erstes Gehäuseteil 30' auf, an dem
das Antriebsrad 14' einteilig
bzw. einstückig
angeformt ist.
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Hierdurch
wird der Bauteilaufwand weiter verringert.
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Bei
dem Differentialgetriebe 10'' ist das Antriebsrad 14'' als getrenntes Bauteil von dem
ersten Gehäuseteil 30'' vorgesehen und im Presssitz daran befestigt.
Dabei ist das Antriebsrad 14'' jedoch von der
entgegengesetzten Seite auf das erste Gehäuseteil 30'' aufgeschoben und ist lediglich
in einer Richtung axial gesichert, durch eine Schulter 46 an
dem ersten Gehäuseteil 30''.
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Gegebenenfalls
kann jedoch zur axialen Festlegung in der anderen Richtung ein separates Bauteil,
wie ein axialer Sicherungsring oder ähnliches, vorgesehen sein.