DE112004003028B4

DE112004003028B4 - Differentialanordnung mit integriertem Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE112004003028B4
Application number: DE112004003028T
Authority: DE
Inventors: Heinzwilli Fuchs; Werner Krude; Michael Engelmann
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: DE112004003028A5; WO2006074673A1

Abstract

Differentialanordnung mit integriertem Gleichlaufgelenk (7) zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
einen um eine Drehachse A drehend antreibbaren Differentialkorb (8), mehrere Ausgleichsräder (17), die im Differentialkorb (8) auf zur Drehachse A senkrechten Achsen B drehbar gehalten sind und gemeinsam mit diesem umlaufen, sowie zwei einander im Differentialkorb (8) gegenüberliegende und auf der Drehachse A drehbar gehaltene Seitenwellenräder (4, 5), die mit den Ausgleichsrädern (17) kämmen, wobei zumindest eines der beiden Seitenwellenräder (4, 5) einstückig mit einem Gelenkaußenteil (23) eines Gleichlaufgelenks (7) gestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß Abstützmittel (29) zwischen dem Differentialkorb (8) und dem Gelenkaußenteil (23) zum axialen Abstützen des Gleichlaufgelenks (7) vorgesehen sind, die axial im Bereich eines Bodens (28) des Gelenkaußenteils (23) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Differentialanordnung mit integriertem Gleichlaufgelenk zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Differentialanordnung ist aus DE 35 36 289 A1 bekannt.
Darüber hinaus zeigt die DE 101 25 793 C2 eine Differentialanordnung mit einem Differentialkorb mit darin integrierten Gleichlaufgelenken, 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 Gleichlaufgelenke, deren Gelenkaußenteile mit den Seitenwellenrädern fest verbunden sind, vollständig innerhalb des Differentialkorbs angeordnet. Axial benachbart zu den Gleichlaufgelenken, die in Form von Festgelenken gestaltet sind, hat der Differentialkorb zwei im Durchmesser reduzierte Lageransätze zur Lagerung im Getriebegehäuse.
Die DE 103 52 904 A1 zeigt eine Differentialanordnung mit einem Differentialkorb mit einem integrierten Gleichlaufgelenk, das in Form eines Verschiebegelenks gestaltet ist. Das Verschiebegelenk hat bodenseitig einen Zapfen, der in das zugehörige Seitenwellenrad zur Drehmomentübertragung eingesteckt ist. Die aufgrund Drehmomentübertragung in Richtung von der Mittelebene weg wirkenden Spreizkräfte werden über das Seitenwellenrad gegen eine Eindrehung im Differentialkorb axial abgestützt. Das Verschiebegelenk hat an seiner Außenumfangsfläche einen zylindrischen Abschnitt zur Lagerung im Differentialkorb.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differentialanordnung mit zumindest einem integrierten Gleichlaufgelenk vorzuschlagen, das kompakt aufgebaut ist und gleichzeitig eine gute Abstützung der aufgrund Drehmomentübertragung von der Mittelebene weg wirkenden Spreizkräfte gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Differentialanordnung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es ist zumindest eines der beiden Seitenwellenräder einstückig mit einem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks gestaltet, d. h. es kann genau ein integriertes Gleichlaufdrehgelenk vorgesehen sein, das mit einem der beiden Seitenwellenräder verbunden ist, oder es können zwei integrierte Gleichlaufdrehgelenke vorgesehen sein, die jeweils mit einem der beiden Seitenwellenräder verbunden sind.
Durch die integrale Gestaltung des Seitenwellenrads und des Gelenkaußenteils können Fertigungs- und Montageschritte eingespart werden, so daß die Herstellungskosten insgesamt reduziert werden können. Außerdem ist die Abstützung im Bereich des Bodens besonders günstig, weil das Gelenkaußenteil dort eine große Wandungsdicke und hohe Steifigkeit aufweist.
Die Abstützmittel umfassen vorzugsweise einen Sicherungsring, der in eine Ringnut in einer Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils eingreift. Die Ringnut ist axial im Bereich der Verzahnung des integralen Seitenwellenrads angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kurze axiale Baulänge des Gelenkaußenteils.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfassen die Abstützmittel weiterhin einen Stützring, gegen den der Sicherungsring axial abgestützt ist, wobei der Stützring seinerseits im Differentialkorb axial abgestützt ist. Die Verwendung eines Stützrings ermöglicht ein flächiges Anlegen des Sicherungsrings, der somit auch bei starken Spreizkräften seine Form beibehält. Der Stützring hat im Längsschnitt betrachtet ein L-förmiges Profil. Dabei hat der Stützring vorzugsweise einen radial außen liegenden und sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt. Auf diese Weise wird eine hohe Verformungssteifigkeit gewährleistet, so daß das integrale Seitenwellenrad sicher axial abgestützt wird. Weiterhin umfassen die Stützmittel vorzugsweise eine reibungsmindernde Anlaufscheibe, die zwischen dem Stützring und dem Differentialkorb angeordnet ist.
In Konkretisierung ist das Gleichlaufgelenk in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere eines Tripodegelenks, gestaltet. Das Gelenkaußenteil ist vorzugsweise integral mit dem Seitenwellenrad durch Massivumformen, insbesondere durch Schmieden, hergestellt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Differentialkorb zweiteilig gestaltet und weist ein topfförmiges Korbteil und ein deckelförmiges Korbteil auf. Dabei sind die beiden Korbteile vorzugsweise axial im Bereich der Abstützmittel miteinander verbunden. Auf diese Weise lassen sich die Abstützmittel einfach montieren. Die Abstützmittel sind in einem Einbauraum des Differentialkorbs aufgenommen, wobei der Einbauraum durch Eindrehungen in beiden Korbteilen gebildet ist. Vorzugsweise sind die Abstützmittel gegen das Korbteil axial abgestützt, in dem das Gelenkaußenteil aufgenommen ist. Dies dient ebenfalls einer einfachen Montage. Der Differentialkorb kann auch dreiteilig gestaltet sein, was insbesondere bei sternförmigen Trägerelementen vorteilhaft ist, wobei eine Trennung der Korbteile im Bereich der Abstützmittel liegen sollte.
Vorzugsweise hat das Getriebegehäuse, in dem der Differentialkorb drehbar gelagert ist, einen zum Gelenkaußenteil koaxialen Ansatz, an dem eine stehende Faltenbalganordnung anschließbar ist, die auf einem mit dem Gelenkaußenteil drehfest verbundenen Wellenzapfen lagerbar ist. Alternativ hierzu kann das Gelenkaußenteil öffnungsseitig einen Abschnitt zum Befestigen einer mitrotierenden Faltenbalganordnung aufweisen.
Die Differentialanordnung kann in Form eines Kegelraddifferentials gestaltet sein, wobei die Seitenwellenräder und die Ausgleichsräder in Form von Kegelrädern gestaltet sind. Alternativ hierzu kann die Differentialanordnung auch in Form eines Kronenraddifferentials gestaltet sein, wobei die Seitenwellenräder in Form von Kronenrädern und die Ausgleichsräder in Form von Stirnrädern gestaltet sind. Das Kronenraddifferential bietet den Vorteil eines axial kurzen Bauraums, was in speziellen Anwendungsfällen besonders günstig ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung mit einem integrierten Gleichlaufgelenk in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
2 eine erfindungsgemäße Differentialanordnung mit einem integrierten Gleichlaufgelenk in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt;
Die Differentialanordnung 2 ist in einem nur teilweise dargestellten feststehenden Getriebegehäuse 3 gelagert und dient im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung von einer nicht dargestellten Antriebswelle über zwei Seitenwellenräder 4, 5 auf je einen zugehörigen Wellenzapfen 6, von denen hier nur einer dargestellt ist. Differentialanordnungen mit einseitig integriertem Verschiebegelenk 7 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.
Der Differentialkorb 8 ist mehrteilig ausgebildet und umfaßt ein topfförmiges erstes Korbteil 9 mit einem Flansch 12 sowie ein deckelförmiges zweites Korbteil 10 mit einem Flansch 13, wobei an den Flanschen ein hier nicht dargestelltes Tellerrad zum Einleiten eines Drehmoments in die Differentialanordnung 2 befestigt werden kann. in dem Differentialkorb 8 ist ein Trägerelement 14 angeordnet, welches gemeinsam mit dem Differentialkorb 8 um die Längsachse A umläuft. Das Trägerelement 14 hat mehrere Zapfen 15 mit zur Drehachse A senkrechten Zapfenachsen B. Die Zapfen, deren Anzahl beliebig sein kann, sind in radialen Durchbrüchen 16 im ersten Korbteil 9 aufgenommen. Vorliegend ist das Trägerelement 14 integral gestaltet und umfaßt zwei Zapfen 15, wobei das Trägerelement zur Montage durch die radialen Durchbrüche 16 eingeschoben wird. Auf jedem der Zapfen 15 ist jeweils ein Ausgleichsrad 17 drehbar gelagert, wobei als Lagerung eine Gleitlagerung vorgesehen ist. Die Ausgleichsräder 17 sind auf dem zugehörigen Zapfen 15 axial begrenzt beweglich, wobei sie durch den Verzahnungseingriff mit den Seitenwellenrädern 4, 5 auf dem Zapfen 15 axial schwimmend gehalten sind.
Über das Trägerelement 14 und die Ausgleichsräder 17 werden das erste Seitenwellenrad 4 und das zweite Seitenwellenrad 5 angetrieben. Ausgleichsräder und Seitenwellenräder 4, 5 sind in Form von Kegelrädern gestaltet. Das linke der beiden Seitenwellenräder hat eine Nabe 18 mit einer Innenverzahnung, in die ein hier nicht dargestellter Wellenzapfen zur Drehmomentübertragung drehfest eingesteckt werden kann. Das Seitenwellenrad 4 ist unter Zwischenschaltung eines reibmindernden Anlaufscheibe 22 mit einer Radialfläche gegen das erste Korbteil 9 axial abgestützt.
Das rechte der beiden Seitenwellenräder ist integral mit einem Gelenkaußenteil 23 des Verschiebegelenks 7 ausgebildet, das in Form eines Tripodegelenks gestaltet ist. Tripodegelenke sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der DE 43 14 503 C1 beschrieben, auf die insofern Bezug genommen wird. Das Verschiebegelenk umfaßt neben dem Gelenkaußenteil 23 ein sternförmiges Gelenkinnenteil 24 mit drei Zapfen 25, auf denen jeweils eine Rolleneinheit 26 drehbar gehalten ist. Die Rolleneinheiten 26 greifen in zur Drehachse A parallel verlaufende Bahnen 27 des Gelenkaußenteils 23 zur Drehmomentübertragung auf das Gelenkinnenteil 24 ein. Der Wellenzapfen 6 ist in das Gelenkinnenteil 24 des Verschiebegelenks 7 eingesteckt und kann gegenüber dem Gelenkaußenteil 23, dessen Längsachse mit der Drehachse A des Differentialkorbs 8 zusammen fällt, Winkelbewegungen und Axialverschiebungen ausführen.
Das Gelenkaußenteil 23 ist topfförmig gestaltet und hat einen Boden 28 sowie eine Öffnung 29, in die der Wellenzapfen 6 mit dem Gelenkinnenteil 24 eingeschoben ist.
Am Boden 28 ist die Kegelradverzahnung des Seitenwellenrads 5 angeformt, mit der die Ausgleichsräder 17 kämmen. Bei Drehmomentübertragung vom Differentialkorb 8 auf die Seitenwellenräder 4, 5 entstehen Spreizkräfte, die die Seitenwellenräder 4, 5 von der Mittelebene weg beaufschlagen. Um diese Kräfte abzustützen sind an einer Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils 23 Abstützmittel 29 vorgesehen. Die Abstützmittel 29 umfassen einen Sicherungsring 30, der in einer Ringnut 32 des Gelenkaußenteils 23 einsitzt und gegen einen Stützring 33 unter Zwischenschaltung einer Anlaufscheibe 34 im Differentialkorb 8 axial abgestützt ist. Die Anlaufscheibe 34 wird dabei nach Messung der axialen Baulänge zwischen den beiden Seitenwellenrädern 4, 5 derart ausgewählt, daß ein Mindestspiel für die Verzahnung zwischen den Ausgleichsrädern 17 und den Seitenwellenrädern 4, 5 gewährleistet ist. Der Stützring 33 hat ein im Längsschnitt betrachet L-förmiges Profil. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich der Sicherungsring 30 tellerförmig verformt.
Axial im Überdeckungsbereich mit den Abstützmitteln 29 sind das topfförmige Korbteil 9 und das deckelförmige Korbteil 10 mittels einer Flanschverbindung miteinander verbunden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß der Differentialkorb 8 modular aufgebaut ist, wobei anstelle des deckelförmigen Korbteils 12 zur Aufnahme des Gelenkaußenteils 23 auch ein Deckel zur Aufnahme eines konventionellen Seitenwellenrads mit dem topfförmigen Korbteil verbunden werden kann. In dem topfförmigen Korbteil 9 und dem deckelförmigen Korbteil 10 sind jeweils Eindrehungen 19, 20 vorgesehen, welche gemeinsam einen Einbauraum für die Abstützmittel 29 bilden, so daß eine einfache Montage gewährleistet ist.
Der Differentialkorb 8 hat am topfförmigen Korbteil 9 und am deckelförmigen Korbteil 12 jeweils hülsenfömige Ansätze 35, 36 zur Aufnahme von Wälzlagern 37, 38. Axial benachbart zum gelenkseitigen Wälzlager 38 hat das Getriebegehäuse 3 koaxial zum Gelenkaußenteil 23 einen zylindrischen Ansatz 39. Dieser dient zur Befestigung eines ersten Bundes 40 einer Faltenbalganordnung 41. An ihrem entgegengesetzten Ende ist die Faltenbalganordnung 41 mit einem zweiten Bund 42 an eine Lageranordnung 43 angeschlossen, in der der Wellenzapfen 6 drehbar gelagert ist. Diese sogenannte stehende Faltenbalganordnung 41 überspannt den Ringraum zwischen dem Getriebegehäuse 3 und dem Wellenzapfen 6, so daß das Eindringen von Schmutz in die Differentialanordnung 2 bzw. das Austreten von Schmiermittel aus der Differentialanordnung 2 verhindert wird.
Die Differentialanordnung 2' nach 2 entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise weitestgehend derjenigen aus 1. Insofern wir auf die obige Beschreibung bezug genommen, wobei hier gleiche Bauteile mit um eins gestrichenen Bezugsziffern versehen sind.
Die vorliegende Differentialanordnung 2' unterscheidet sich von der Differentialanordnung aus 1 dadurch, daß anstelle eines Kegelraddifferentials ein Kronenraddifferential zum Einsatz kommt. Dabei sind die beiden Seitenwellenräder 4', 5' in Form von Kronenrädern gestaltet und die mit den Seitenwellenrädern 4', 5' kämmenden Ausgleichsräder 17' sind in Form von Stirnrädern gestaltet. In der vorliegenden Differentialanordnung 2' ist das Trägerelement 14' sternförmig gestaltet und hat drei radiale Zapfen 15' und einen zentralen Durchbruch 44, in den die Nabe 18' des linken Seitenwellenrads 4' teilweise eintaucht. Das sternförmige Trägerelement 14' wird axial in die Differentialanordnung 2' eingesetzt. Daher ist der Differentialkorb 8' insgesamt dreiteilig und umfaßt ein topfförmiges Korbteil 9', ein zylindrisches Zwischenteil 45, das in axialen Schlitzen 46 die Zapfen 15' aufnimmt und den Flansch 12' trägt, sowie ein deckelförmiges Korbteil 10'. Zur Montage wird zunächst das Trägerelement 14' mit seinen Ausgleichsrädern 17' in das Zwischenteil 45 eingesetzt, das anschließend mit dem topfförmigen Korbteil 9' verschweißt wird. Zuletzt wird das Zwischenteil 45 mit dem deckelförmigen Korbteil 10' über die Flansche 12', 13' mittels hier nicht dargestellten Schrauben verbunden. Durch Ausgestaltung in Form eines Kronenraddifferentials kann der axiale Bauraum der Differentialanordnung 2' minimiert werden, was in speziellen Anwendungsfällen besonders günstig ist.

2: Differentialanordnung
3: Getriebegehäuse
4: Seitenwellenrad
5: Seitenwellenrad
6: Wellenzapfen
7: Gleichlaufgelenk/Verschiebegelenk
8: Differentialkorb
9: topfförmiges Korbteil
10: deckelförmiges Korbteil
12: Flansch
13: Flansch
14: Trägerelement
15: Zapfen
16: Durchbruch
17: Ausgleichsrad
18: Nabe
19: Eindrehung
20: Eindrehung
22: Anlaufscheibe
23: Gelenkaußenteil
24: Gelenkinnenteil
25: Zapfen
26: Rolleneinheiten
27: Bahnen
28: Boden
29: Abstützmittel
30: Sicherungsring
31: hülsenförmigen Abschnitt
32: Ringnut
33: Stützring
34: Anlaufscheibe
35: Ansatz
36: Ansatz
37: Wälzlager
38: Wälzlager
39: Ansatz
40: erster Bund
41: Faltenbalganordnung
42: zweiter Bund
43: Lageranordnung
44: Durchbruch
45: Zwischenteil
46: Schlitz
A: Drehachse
B: Zapfenachse

Claims

Differentialanordnung mit integriertem Gleichlaufgelenk (7) zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen um eine Drehachse A drehend antreibbaren Differentialkorb (8), mehrere Ausgleichsräder (17), die im Differentialkorb (8) auf zur Drehachse A senkrechten Achsen B drehbar gehalten sind und gemeinsam mit diesem umlaufen, sowie zwei einander im Differentialkorb (8) gegenüberliegende und auf der Drehachse A drehbar gehaltene Seitenwellenräder (4, 5), die mit den Ausgleichsrädern (17) kämmen, wobei zumindest eines der beiden Seitenwellenräder (4, 5) einstückig mit einem Gelenkaußenteil (23) eines Gleichlaufgelenks (7) gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützmittel (29) zwischen dem Differentialkorb (8) und dem Gelenkaußenteil (23) zum axialen Abstützen des Gleichlaufgelenks (7) vorgesehen sind, die axial im Bereich eines Bodens (28) des Gelenkaußenteils (23) angeordnet sind.
Differentialanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmittel (29) einen Sicherungsring (30) umfassen, der in eine Ringnut (32) in einer Außenumfangsfläche des Gelenkaußenteils (23) eingreift.
Differentialanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (32) axial im Bereich der Verzahnung des integralen Seitenwellenrads (5) angeordnet ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmittel (29) einen Stützring (33) umfassen, gegen den der Sicherungsring (30) axial abgestützt ist, wobei der Stützring (33) seinerseits im Differentialkorb (8) axial abgestützt ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (33) im Längsschnitt betrachtet ein L-förmiges Profil aufweist.
Differentialanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (33) einen radial außen liegenden sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt (31) aufweist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmittel (29) eine reibungsmindernde Anlaufscheibe (34) umfassen, die zwischen dem Stützring (33) und dem Differentialkorb (8) angeordnet ist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichlaufgelenk (7) in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere eines Tripodegelenks, gestaltet ist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (23) integral mit dem Seitenwellenrad (5) durch Massivumformen, insbesondere durch Schmieden, hergestellt ist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkorb (8) zumindest zweiteilig gestaltet ist und ein topfförmiges Korbteil (9) und ein deckelförmiges Korbteil (10) aufweist.
Differentialanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Korbteile (9, 10) axial im Bereich der Abstützmittel (29) miteinander verbunden sind.
Differentialanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmittel (29) in einem Einbauraum des Differentialkorbs (8) aufgenommen sind, wobei der Einbauraum durch Eindrehungen (19, 20) in beiden Korbteilen (9, 10) gebildet ist.
Differentialanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützmittel (29) gegen das Korbteil (10) axial abgestützt ist, in dem das Gelenkaußenteil (23) aufgenommen ist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getriebegehäuse (3), in dem der Differentialkorb (8) drehbar gelagert ist, einen zum Gelenkaußenteil (23) koaxialen Ansatz (39) aufweist, an dem eine stehende Faltenbalganordnung (41) anschließbar ist, die auf einem mit dem Gelenkaußenteil (23) drehfest verbundenen Wellenzapfen (6) lagerbar ist.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwellenräder (4, 5) und die Ausgleichsräder (17) in Form von Kegelrädern gestaltet sind.
Differentialanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwellenräder (4, 5) in Form von Kronenrädern und die Ausgleichsräder (17) in Form von Stirnrädern gestaltet sind.