DE10316868B4

DE10316868B4 - Differenzial für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10316868B4
Application number: DE2003116868
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Herrmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: DE10316868A1

Abstract

Differenzial für Kraftfahrzeuge, mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten, mehrteiligen Ausgleichsgehäuse (12), in dem Ausgleichskegelräder (14) und Achskegelräder (16) angeordnet sind, wobei die Ausgleichskegelräder (14) auf einem mit dem Ausgleichsgehäuse (12) verbundenem Mitnehmerbolzen (20) gelagert sind und mit den Achskegelrädern (16) über entsprechende Verzahnungen kämmen, und wobei das Ausgleichsgehäuse (12) aus einem Trägerteil (24) und einem mit diesem verbundenem Deckel (26) aus einem Blechmaterial gebildet ist, wobei die Trennebene (36) zwischen Trägerteil (24) und Blech-Deckel (26) derart liegt, dass die Aufnahmebohrungen (35) für den Mitnehmerbolzen (20) vollständig im Trägerteil (24) ausgebildet sind und die Kegelräder (14, 16) von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse (12) montierbar sind, und wobei ein Antriebszahnrad (22) mit dem Trägerteil (24) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (24) als Schmiedeteil aus einem gegenüber dem Blechmaterial des Deckels (26) höherfesten Werkstoff ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Differenzial für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Differenzial aus der DE 195 46 331 C1 ist zur Gewichtsverminderung und Senkung der Fertigungskosten das Ausgleichsgehäuse mehrteilig aus Blechteilen gleichmäßiger Wandstärke hergestellt, die untereinander durch Verschrauben befestigt sind. Hinsichtlich der übertragbaren Antriebsleistung sind einem solchen Differenzial jedoch Grenzen gesetzt, weil die Bauteilbelastungen nicht spezifisch genug anpassbar sind.

Ein gattungsgemäßes Differenzial für Kraftfahrzeuge mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten, mehrteiligen Ausgleichsgehäuse ist aus der DE 43 17 073 A1 bekannt, in dem Ausgleichskegelräder und Achskegelräder angeordnet sind. Die Ausgleichskegelräder sind auf einem mit dem Ausgleichsgehäuse verbundenen Mitnehmerbolzen gelagert und kämmen mit den Achskegelrädern über entsprechende Verzahnungen, wobei das Ausgleichsgehäuse aus einem Trägerteil und einem mit diesem verbundenen Deckel aus einem Blechmaterial gebildet ist. Die Trennebene zwischen Trägerteil und Blech-Deckel ist so angeordnet, dass die Aufnahmebohrungen für den Mitnehmerbolzen vollständig im Trägerteil ausgebildet sind und die Kegelräder von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse montierbar sind. Zudem ist ein Antriebszahnrad mit dem Trägerteil verschweißt.

Konkret ist neben dem Deckel auch das Trägerteil aus einem Stahlblech ausgebildet, so dass es sich bei dem Ausgleichsgehäuse um eine reine Stahlblechkonstruktion handelt. Eine derartige reine Blechkonstruktion erfordert insbesondere bei der Übertragung von hohen Drehmomenten eine relativ große Blechstärke, was aufwendige und relativ teure Blech-Umformprozesse zur Folge hat. Des weiteren weisen dann derartige eine relativ hohe Blechstärke aufweisenden Blechkonstruktionen ein relativ hohes Gewicht auf, wie es in Verbindung mit Blechkonstruktionen nicht erwünscht ist. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Blechkonstruktion ist, dass zwischen dem Mitnehmerbolzen und dem entsprechenden Gehäuseteil eine sehr hohe Flächenpressung auftritt, die in der Praxis nur mit relativ aufwendigen Konstruktionen zu beherrschen ist.

Auch aus der DE 100 59 684 A1 ist die Verwendung von reinen Stahlblechkonstruktionen für Ausgleichsgehäuse von Kraftfahrzeug-Differenzialen mit den zuvor bereits genannten Nachteilen bekannt.

Aus der EP 1 219 865 A1 ist für ein Ausgleichsgehäuse eine reine Schmiedekonstruktion offenbart, bei der die beiden Gehäuseteile als Schmiedeteile ausgebildet sind, wobei das Antriebszahnrad zudem während des Schmiedevorgangs integral mit dem entsprechenden Gehäuseteil ausgebildet werden soll. Ein aufgeschmiedetes Antriebszahnrad kann jedoch nur mit geringer Verzahnungsqualität hergestellt werden.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Ausgleichsgehäuse für ein Differenzial von Kraftfahrzeugen so weiterzubilden, dass damit sehr hohe Drehmomente bei insgesamt relativ einfacher Konstruktion übertragen werden können, wobei die Konstruktion insgesamt auch in der Lage sein soll, eine uner wünscht hohe Flächenpressung zwischen dem Mitnehmerbolzen und dem Ausgleichsgehäuse zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Gemäß Patentanspruch 1 ist das Trägerteil als Schmiedeteil aus einem gegenüber dem Blechmaterial des Deckels höherfesten Werkstoff ausgebildet.

Durch diese bisher unbekannte Paarung eines Blech-Deckels mit einem geschmiedeten Trägerteil lässt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen. So kann über das als Schmiedeteil ausgebildete Trägerteil sehr gut die Hauptbelastung, insbesondere in Verbindung mit sehr hohen Drehmomenten aufgenommen und abgetragen werden, während sich über das Blech-Deckelteil lediglich ein geringerer Anteil von Biegemomenten abstützt. Ein derartiges hochfestes, geschmiedetes Trägerteil kann zudem auch in seiner Auslegung für diese höheren Drehmomente sehr einfach und mit relativ wenig Aufwand hergestellt werden, wobei ein derartiges Schmiedeteil zudem über den hochfesten Werkstoff sehr gut im Hinblick auf die Flächenpressung zwischen dem Mitnehmerbolzen und dem Ausgleichsgehäuse ausgelegt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist das Trägerteil einstückig aus einem eine Achswelle des Differenziales aufnehmenden Nabenabschnitt, einem das Antriebszahnrad tragendem Radialabschnitt und einem Ausgleichsgehäuseabschnitt gebildet, der sich insbesondere aus einem Schmiedeteil, insbesondere aus Stahl, mit an die auftretenden Materialspannungen präzise anpassbarer Materialstärke herstellen lässt.

Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit und zur verbesserten Abstützung der von dem Antriebszahnrad ausgehenden Biegemomente wird ferner vorgeschlagen, dass an den Radialabschnitt des Trägerteils mit dem Nabenabschnitt verbundene, axial vorstehende Versteifungsrippen angeformt sind.

Dabei können zudem ggf. in einem Arbeitsgang beim Tiefziehen des Deckels dessen Biegesteifigkeit erhöhende Mittel, bevorzugt durch in den Übergangsbereich zwischen Deckel und Nabenabschnitt radial nach außen eingeformte Sicken, vorgesehen sein.

Der Deckel kann baulich vorteilhaft und gewichtsgünstig nach der Montage der besagten Kegelräder mit dem Mitnehmerbolzen und ggf. einem Kunststoff-Lagerkäfig mit dem Trägerteil an der besagten Trennebene verschweißt sein. Die Schweißung z.B. durch Laserstrahlschweißen kann dabei ggf. in einem Arbeitsgang mit dem Verschweißen des Antriebszahnrades durchgeführt werden.

Schließlich kann zur Vereinfachung der Fertigung und der Montage des Differenziales der Mitnehmerbolzen zumindest an einer Seite durch außerhalb des Ausgleichsgehäuses positionierte, in den Mitnehmerbolzen eingesprengte Sicherungsringe am Ausgleichsgehäuse gehalten sein. Ferner kann der Mitnehmerbolzen zur Gewichtsverminderung zumindest teilweise mit Ausnehmungen versehen oder rohrförmig gestaltet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
1 einen Längsschnitt durch ein Kegelrad-Differenzial für Kraftfahrzeuge mit einem zweiteiligen Ausgleichsgehäuse;
2 in raumbildlicher Darstellung das Trägerteil des Differenziales nach 1; und
3 ebenfalls in raumbildlicher Darstellung den Deckel mit Nabenabschnitt des Differenziales nach 1.
In der 1 ist mit 10 ein Kegelrad-Differenzial für Kraftfahrzeuge bezeichnet, mit einem Ausgleichsgehäuse 12, in dem zwei Ausgleichskegelräder 14 und zwei Achskegelräder 16 drehbar gelagert sind. Die besagten Kegelräder 14, 16 sind in einem etwa kugelförmigen Lagerkäfig 18 aus Kunststoff spielfrei in dem innen sphärischem Ausgleichsgehäuse 12 angeordnet.
Während die Ausgleichskegelräder 14 auf einem Mitnehmerbolzen 20 drehbar gelagert sind, sitzen die Achskegelräder 16 auf nicht dargestellten Achswellen, die in den noch zu beschreibenden Nabenabschnitten des Differenziales 10 gelagert sind.
Das Differenzial 10, das soweit nicht beschrieben bekannter Bauart ist, ist in einem Differenzialgehäuse über nicht dargestellte Wälzlager drehbar gelagert, wobei ein Antriebsritzel das Antriebszahnrad bzw. Tellerrad 22 des Differenziales 10 antreibt.
Das Ausgleichsgehäuse 12 ist zweiteilig ausgeführt und setzt sich aus einem Trägerteil 24 und einem Deckel 26 mit einem angeformten Nabenteil 28 zusammen.
Das Trägerteil 24 ist als hochfestes Schmiedeteil aus einer Stahllegierung hergestellt und setzt sich aus einem Nabenabschnitt 30, einem daran anschließenden Radialabschnitt 32 und einem Ausgleichsgehäuseabschnitt 34 zusammen. Der Ausgleichsgehäuseabschnitt 34 erstreckt sich auf der Zeichnung 1 nach rechts über die Bohrung 35 für den Mitnehmerbolzen 20 hinaus bis zu einer Trennebene 36, an die der Deckel 26 anschließt.
Ferner trägt der Radialabschnitt 32 das ringförmige Antriebszahnrad bzw. Tellerrad 22, das mit einer ringförmigen Schweißnaht 38 mit dem Radialabschnitt 32 bzw. dem Trägerteil 24 durch Laserstrahlschweißen verschweißt ist.
Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Trägerteils 24 sind an der Stirnseite des Radialabschnittes 32 mehrere, umfangsverteilte und axial vorstehende Versteifungsrippen 40 angeformt (vgl. auch 2), die zudem in den Nabenabschnitt 30 übergehen.
Der Deckel 26 mit dem Nabenabschnitt 28 (vgl. auch 3) ist aus einem weniger festen Blech geringerer Wandstärke im Tiefziehverfahren hergestellt und weist mehrere radial nach außen eingeprägte und umfangsverteilte Sicken 42 zur Erhöhung dessen Biegesteifigkeit auf.
Der Deckel 26 ist nach der Montage der besagten Kegelräder 14, 16, des Mitnehmerbolzens 20 und des Lagerkäfigs 18 ringförmig umlaufend an der Trennebene 36 Laser verschweißt.
Des weiteren ist der Mitnehmerbolzen 20, der zur Gewichtsverminderung mit Ausnehmungen 42 versehen ist, über außerhalb des Ausgleichsgehäuses 12 angeordnete Sicherungsringe 46 am Ausgleichsgehäuse 12 gehalten, wobei die Sicherungsringe 46 in entsprechende Ringnuten des Mitnehmerbolzens eingesprengt sind und sich am Außenumfang des Ausgleichsgehäuseabschnittes 34 abstützen.
Beim Zusammenbau des Differenziales 10 werden nach einer entsprechenden spanenden Bearbeitung der Kontaktflächen (Aufnahme für das Tellerrad 22, sphärische Innenflächen des Ausgleichsgehäuses 12, Lagerflächen der Nabenabschnitte 28, 30, Anschlussfläche in der Trennebene 36, etc.) die besagten Kegelräder 14, 16 mit dem Mitnehmerbolzen 20 und dem Lagerkäfig 18 über den in der Trennebene 36 offenen Ausgleichsgehäuseabschnitt 34 montiert. Danach werden das Tellerrad 22 und der Deckel 26 mit dem Nabenabschnitt 28 angebaut und mit nicht dargestellten Spannvorrichtungen ausgerichtet bzw. gehalten.
Anschließend werden in einem Arbeitsvorgang das Tellerrad 22 und der Deckel 26 mit dem Trägerteil 24 an den angeführten Stellen durch Laserstrahlschweißen befestigt.
Anstelle des Laserstrahlschweißens kann auch Elektronenstrahlschweißen oder eine andere verzugsarme Schweißart angewandt werden.
Ferner kann der Mitnehmerbolzen 20 auch durchgehend hohl bzw. rohrförmig gestaltet sein.
Anstelle des Tellerrades 22 kann das Antriebszahnrad auch ein Stirnzahnrad sein (z.B. bei einem Quereinbau des Antriebsaggregates mit Brennkraftmaschine, Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und integriertem Differenzial in ein Kraftfahrzeug).

Claims

Differenzial für Kraftfahrzeuge, mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten, mehrteiligen Ausgleichsgehäuse (12), in dem Ausgleichskegelräder (14) und Achskegelräder (16) angeordnet sind, wobei die Ausgleichskegelräder (14) auf einem mit dem Ausgleichsgehäuse (12) verbundenem Mitnehmerbolzen (20) gelagert sind und mit den Achskegelrädern (16) über entsprechende Verzahnungen kämmen, und wobei das Ausgleichsgehäuse (12) aus einem Trägerteil (24) und einem mit diesem verbundenem Deckel (26) aus einem Blechmaterial gebildet ist, wobei die Trennebene (36) zwischen Trägerteil (24) und Blech-Deckel (26) derart liegt, dass die Aufnahmebohrungen (35) für den Mitnehmerbolzen (20) vollständig im Trägerteil (24) ausgebildet sind und die Kegelräder (14, 16) von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse (12) montierbar sind, und wobei ein Antriebszahnrad (22) mit dem Trägerteil (24) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (24) als Schmiedeteil aus einem gegenüber dem Blechmaterial des Deckels (26) höherfesten Werkstoff ausgebildet ist.
Differenzial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (24) einstückig aus einem eine Achswelle des Differenziales (10) aufnehmenden Nabenab schnitt (30), einem das Antriebszahnrad (22) tragenden Radialabschnitt (32) und einem Ausgleichsgehäuseabschnitt (34) gebildet ist.
Differenzial nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Radialabschnitt (32) des Trägerteils (24) mit dem Nabenabschnitt (30) verbundene, axial vorstehende Versteifungsrippen (40) angeformt sind.
Differenzial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (26) mit einem angeformten Nabenabschnitt (28) für die andere Achswelle des Differenziales (10) im Tiefziehverfahren hergestellt ist.
Differenzial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (26) mit dem Trägerteil (24) an der Trennebene (36) verschweißt ist.
Differenzial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (26) und dem angeformten Nabenabschnitt (28) die Siegesteifigkeit erhöhende Mittel (42) angeordnet sind.
Differenzial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Siegesteifigkeit erhöhenden Mittel in den Übergangsbereich zwischen Deckel (26) und Nabenabschnitt (28) radial nach außen eingeformte Sicken (42) sind.
Differenzial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (20) zumindest an einer Seite durch außerhalb des Ausgleichsgehäuses (12) positionierte, in den Mitnehmerbolzen (20) eingesprengte Sicherungsringe (46) am Ausgleichsgehäuse (12) gehalten ist.
Differenzial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (20) zur Gewichtsverminderung zumindest teilweise mit Ausnehmungen (44) versehen oder rohrförmig gestaltet ist.