DE102015002472A1

DE102015002472A1 - Method for connecting components for a differential of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015002472A1
Application number: DE102015002472.8A
Authority: DE
Inventors: Helmut Bender; Cornelius Hentrich; Rudolf Reinhardt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (10, 14) für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens, bei welchem jeweilige Radachsenbolzen (14) zum Lagern von Ausgleichsrädern (16) des Ausgleichsgetriebes an einer von einer Außenverzahnung eines Stirnrads (10) abgewandten Stirnradinnenseite (12) angeordnet und anschließend durch Schweißnieten mit dem Stirnrad (10) verbunden werden.The invention relates to a method for connecting components (10, 14) for a differential gear of a motor vehicle, in which respective wheel axle bolts (14) for supporting differential gears (16) of the differential gear on a spur gear inner side (12) facing away from external teeth of a spur gear (10) ) are arranged and then connected by welding rivets to the spur gear (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens.The invention relates to a method for connecting components for a differential gear of a motor vehicle.

Ausgleichsgetriebe für Kraftwagen, auch als Differentialgetriebe oder Achs-Ausgleichsgetriebe bezeichnet, weisen üblicherweise Graugussgehäuse als tragendes Element und einen Käfig für Kegelräder des Differentialgetriebes auf. Die Gussausführung führt zu einem relativ hohen Gewicht. Vor allem bei frontangetriebenen Kraftwagen besteht das Ziel darin, das Gewicht derartiger Ausgleichsgetriebe zu reduzieren.Compression gear for motor vehicles, also referred to as differential gear or axle differential, usually have gray cast iron housing as a supporting element and a cage for bevel gears of the differential gear on. The cast version leads to a relatively high weight. Especially with front-wheel drive vehicles, the goal is to reduce the weight of such differential.

Die DE 10 2012 019 901 A1 schlägt ein Ausgleichsgetriebe für einen Kraftwagen vor, bei welchem statt eines massiven Stirnrads ein ringförmiges Stirnrad eingesetzt wird, an dessen Stirnradinnenseite jeweilige Radachsen zum Aufnehmen von Ausgleichsrädern des Ausgleichsgetriebes angeordnet sind. Eine derartige einteilige Ausführung von Stirnrad und Radachsen führt zu einem sehr hohen Bearbeitungsaufwand während der Herstellung und birgt unter anderem auch ein erhöhtes Risiko für das Entstehen von Bauteilverzügen nach dem Einsatzhärten und birgt auch das Risiko einer hohen Werkstoffbelastung. Darüber hinaus sind die Radachsen zum Aufnehmen der Ausgleichsräder bei einer derartigen einteiligen Ausführung nur aufwändig spanend bearbeitbar.The DE 10 2012 019 901 A1 proposes a differential gear for a motor vehicle, in which instead of a solid spur gear, an annular spur gear is used, are arranged on the Stirnradinnenseite respective axles for receiving differential gears of the differential gear. Such a one-piece design of the spur gear and wheel axles leads to a very high processing outlay during production and, inter alia, also entails an increased risk of the occurrence of component distortions after case hardening and also involves the risk of high material loading. In addition, the wheel axles for receiving the differential gears in such a one-piece design only laborious machinable.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens bereitzustellen, mittels welchem auf vereinfachte Weise als Radachsen dienende Radachsenbolzen mit einem Stirnrad gefügt werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a method for connecting components for a differential gear of a motor vehicle, by means of which in a simplified way serving as wheel axles Radachsenbolzen can be joined with a spur gear.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for connecting components for a differential gear of a motor vehicle with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von Bauteilen für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens werden jeweilige Radachsenbolzen zum Lagern von Ausgleichsrädern des Ausgleichsgetriebes an einer von einer Außenverzahnung eines Stirnrads abgewandten Stirnradinnenseite angeordnet und anschließend durch Schweißnieten mit dem Stirnrad verbunden.In the inventive method for connecting components for a differential gear of a motor vehicle respective Radachsenbolzen be arranged for supporting differential gears of the differential gear on a side remote from an outer toothing of a spur Stirnradinnenseite and then connected by welding rivets to the spur gear.

Mit anderen Worten wird also eine Schweißnietverbindung zwischen den als Radachsen für die jeweiligen Ausgleichsräder des Ausgleichsgetriebes dienenden Radachsenbolzen und der Stirnradinnenfläche vorgeschlagen. Da das Stirnrad an seiner Stirnradinnenseite zylindrisch ausgeführt ist, kann die Stirnradinnenseite im Zuge einer Fügestellenvorbereitung einfach bearbeitet werden, beispielsweise durch Drehen, Schleifen oder ähnlichen Verfahrensschritten, wobei darüber hinaus ein geringer Verzug nach dem Einsatzhärten des Stirnrads auftritt. Eine Nach- bzw. Hartbearbeitung der Radachsenbolzen kann nach dem Fügen des Stirnrads mit den Radachsenbolzen entfallen. Darüber hinaus sind die jeweiligen Fügestellen komplett abgedeckt bzw. gekapselt, sodass keine Schweißspritzer nach außen treten können, wodurch ein nachträgliches Bürsten des Stirnrads bzw. der Radachsenbolzen entfallen kann.In other words, therefore, a weld rivet connection between the wheel axle bolts serving as wheel axles for the respective differential gears of the differential gear and the spur wheel inner surface is proposed. Since the spur gear is cylindrical on its Stirnradinnenseite, the Stirnradinnenseite can be easily edited in the course of a joint preparation, for example by turning, grinding or similar process steps, moreover, a small delay occurs after the case hardening of the spur gear. A re-machining or hard machining of the wheel axle bolts can be omitted after joining the spur gear with the Radachsenbolzen. In addition, the respective joints are completely covered or encapsulated, so that no spatter can escape to the outside, whereby a subsequent brushing of the spur gear or the Radachsenbolzen can be omitted.

Ferner kann die Anzahl der Ausgleichsräder über den Umfang des Stirnrads flexibel gewählt werden, je nachdem, welcher Drehmomentklasse das zugehörige Ausgleichsgetriebe angehört. Durch das mehrteilige Herstellen des Stirnrads und der Radachsenbolzen können die Radachsenbolzen vor dem Fügen besonders einfach spanend bearbeitet werden. Im Gegensatz zu einem Fügen der Radachsenbolzen mit dem Stirnrad beispielsweise durch Reibschweißen oder Bolzenschweißen treten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ geringe Belastungen an den Fügestellen auf. Im Gegensatz zum Einpressen, Einkleben, Einschrauben oder Verstiften können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Stirnrad und die Radachsenbolzen ohne ein zusätzliches Mehrgewicht und besonders kompakt miteinander gefügt werden.Furthermore, the number of differential gears over the circumference of the spur gear can be chosen flexibly, depending on which torque class belongs to the associated differential gear. Due to the multi-part production of the spur gear and the Radachsenbolzen the Radachsenbolzen can be machined particularly easy before joining. In contrast to a joining of the Radachsenbolzen with the spur gear, for example by friction welding or stud welding occur in the inventive method relatively low loads on the joints. In contrast to pressing, gluing, screwing or pinning the spur gear and the wheel axle bolts can be joined together without an additional extra weight and particularly compact by means of the method according to the invention.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass vor dem Schweißnieten zwischen den Radachsenbolzen und der Stirnradinnenseite jeweilige Auflagescheiben angeordnet werden. Vorzugsweise werden die Auflagescheiben mit einer radial innen liegenden Bundauflage in Kontakt mit den Radachsenbolzen und der Stirnradinnenseite sowie mit einer radial außen liegenden Bundauflage ausschließlich in Kontakt mit der Stirnradinnenseite gebracht. Mit anderen Worten ist die Auflagescheibe durchsetzt für eine innere Bundauflage und für eine äußere Bundauflage, wobei die innere Bundauflage dazu dient, einen ringförmigen Absatz des Radachsenbolzens abzustützen, und die äußere Bundauflage der Auflagescheibe zum Abstützen auf der Stirnradinnenseite dient. Die Auflagescheibe stützt im Betrieb auftretende Biegekräfte auf einem vergrößerten Durchmesser ab, wobei mittels der vorzugsweise abgeflachten Auflagescheibe, welche als Feinschneidteil ausgebildet ist, ein besonders genaues Zentrieren zur Stirnradmitte hin ermöglicht wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that prior to the welding rivets between the wheel axle and the Stirnradinnenseite respective support disks are arranged. Preferably, the support discs are brought with a radially inner collar support in contact with the Radachsenbolzen and Stirnradinnenseite and with a radially outer collar support exclusively in contact with the Stirnradinnenseite. In other words, the support plate is interspersed for an inner collar support and for an outer collar support, wherein the inner collar support serves to support an annular shoulder of the Radachsenbolzens, and the outer collar support of the support plate for supporting on the Stirnradinnenseite. The support disc supports bending forces occurring in operation on an enlarged diameter, wherein by means of the preferably flattened support disc, which is designed as a fine cutting part, a particularly accurate centering towards the center of the spur wheel is made possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass jeweilige Elektroden mit einer Vorspannkraft am Stirnrad sowie an den Radachsenbolzen angebracht werden und danach mittels der Elektroden ein Schweißimpuls ausgelöst wird. Vorzugsweise wird nach dem Aufbringen des Schweißimpulses mittels der Elektroden ein Erwärmungsimpuls ausgelöst und anschließend werden die Radachsenbolzen bis auf eine vorgegebene Bolzenhöhe gestaucht. Nach dem Erkalten im Schweißnietbereich schrumpft das Volumen, sodass die Auflagescheibe unter Spannung an die Stirnradinnenseite und an die entsprechenden Radachsenbolzen gepresst wird. Dadurch wird eine besonders stabile Verbindung zwischen den jeweiligen Radachsenbolzen und der Stirnradinnenseite erzielt.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that respective electrodes are mounted with a biasing force on the spur gear and on the wheel axle bolts and then by means of the electrodes, a welding pulse is triggered. Preferably, after the application of the welding pulse by means of the electrodes, a heating pulse is triggered and then the wheel axle bolts are compressed to a predetermined bolt height. After cooling in the weld rivet area, the volume shrinks, so that the support plate is pressed under tension against the inside of the spur gear and to the corresponding wheel axle bolts. As a result, a particularly stable connection between the respective Radachsenbolzen and Stirnradinnenseite is achieved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine Perspektivansicht auf ein Stirnrad für ein Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens, wobei an einer von einer Außenverzahnung des Stirnrads abgewandten Stirnradinnenseite mehrere Radachsenbolzen zum Lagern von Ausgleichsrädern des Ausgleichsgetriebes angeordnet sind; 1 a perspective view of a spur gear for a differential gear of a motor vehicle, wherein on a side remote from an external toothing of the spur gear Stirnradinnenseite several Radachsenbolzen are arranged for supporting differential gears of the differential gear;

2 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht des Stirnrads, wobei ein an einem der Radachsenbolzen aufgenommenes Ausgleichsrad dargestellt ist; und in 2 a schematic, partially sectioned side view of the spur gear, wherein a recorded on one of the Radachsenbolzen compensating wheel is shown; and in

3 eine schematische Abfolge von Verfahrensschritten zum Verbinden der Radachsenbolzen an der Stirnradinnenseite des Stirnrads. 3 a schematic sequence of method steps for connecting the Radachsenbolzen on Stirnradinnenseite the spur gear.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

Ein Stirnrad 10 für ein nicht näher dargestelltes Ausgleichsgetriebe eines Kraftwagens ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Bei herkömmlichen Ausgleichsgetrieben, welche auch als Achs-Ausgleichsgetriebe oder Differentialgetriebe bezeichnet werden, ist ein Graugussgehäuse als tragendes Element und ein Käfig für entsprechende Kegelräder des Ausgleichsgetriebes vorgesehen. Eine derartige Gussausführung führt zu einem relativ hohen Gewicht des gesamten Ausgleichsgetriebes, was vor allem bei frontangetriebenen Kraftwagen unerwünscht ist.A spur gear 10 for a not-shown differential gear of a motor vehicle is in a perspective view in 1 shown. In conventional differential gears, which are also referred to as axle differential or differential gear, a cast iron housing is provided as a supporting element and a cage for corresponding bevel gears of the differential gear. Such a cast design leads to a relatively high weight of the entire differential gear, which is undesirable, especially in front-wheel drive vehicles.

Um das Gewicht beim Ausgleichsgetriebe zu reduzieren, ist das vorliegende Stirnrad 10 als ringförmiges Stirnrad 10 ausgebildet, wobei an dessen Stirnradinnenseite 12 mehrere Radachsenbolzen 14 zum Aufnehmen von Ausgleichsrädern des Ausgleichsgetriebes angeordnet sind. Falls das Stirnrad 10 einteilig ausgeführt wird, also die Radachsenbolzen 14 gemeinsam mit dem Stirnrad 10 ein einziges Teil ausbilden, kann dies zu einem sehr hohen Bearbeitungsaufwand bei der Herstellung des Stirnrads 10 führen. Insbesondere besteht ein erhöhtes Risiko für einen Bauteilverzug nach einem Einsatzhärten und eine insgesamt relativ hohe Werkstoffbelastung bei der Herstellung des Stirnrads 10.To reduce the weight of the differential, the present spur gear is 10 as an annular spur gear 10 formed, wherein on whose Stirnradinnenseite 12 several wheel axle bolts 14 arranged to receive differential gears of the differential gear. If the spur gear 10 is executed in one piece, so the wheel axle bolt 14 together with the spur gear 10 form a single part, this can be a very high processing costs in the production of the spur gear 10 to lead. In particular, there is an increased risk of a component distortion after case hardening and an overall relatively high material load in the manufacture of the spur gear 10 ,

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verbinden des Stirnrads 10 mit den Radachsenbolzen 14 näher erläutert, mittels welchem die vorstehend genannten Nachteile überwunden werden können.The following is a method for connecting the spur gear 10 with the wheel axle bolts 14 explained in more detail, by means of which the above-mentioned disadvantages can be overcome.

In 2 ist ein Teil des Stirnrads 10 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht gezeigt, wobei lediglich einer der Radachsenbolzen 14 dargestellt ist. Mittels des Radachsenbolzens 14 ist eines der besagten Ausgleichsräder 16 aufgenommen. Zwischen der Stirnradinnenseite 12 und dem Radachsenbolzen 14 ist des Weiteren eine Auflagescheibe 18 angeordnet.In 2 is a part of the spur gear 10 shown in a partially sectioned side view, wherein only one of the Radachsenbolzen 14 is shown. By means of the wheel axle bolt 14 is one of the said differential gears 16 added. Between the Stirnradinnenseite 12 and the wheel axle bolt 14 is also a support disk 18 arranged.

Die jeweiligen Radachsenbolzen 14 zum Lagern der Ausgleichsräder 16 werden an jeweiligen Positionen der Stirnradinnenseite 12 angeordnet und anschließend durch Schweißnieten mit dem Stirnrad 10 verbunden. Vor dem Schweißnieten werden zwischen den Radachsenbolzen 14 und der Stirnradinnenseite 12 die Auflagescheiben 18 angeordnet. Wie in 2 zu erkennen, werden die Auflagescheiben 18 mit einer radial innen liegenden Bundauflage in Kontakt mit einem ringförmigen Absatz 20 der Radachsenbolzen 14 und mit der Stirnradinnenseite 12 gebracht, wobei eine radial außen liegenden Bundauflage der Auflagescheiben 18 nur in Kontakt mit der Stirnradinnenseite 12 gebracht wird. Mit anderen Worten sind die Auflagescheiben 18 also stufenförmig aufgebaut, sodass ein Teil der Radachsenbolzen 14 durch die Auflagescheiben 18 hindurchragt und somit in direkten Kontakt mit der Stirnradinnenseite 12 steht. Der ringförmige Absatz 20 der Radachsenbolzen 14 liegt hingegen auf den radial innen liegenden Bundauflagen der Auflagescheiben 18 auf und wird in radialer Richtung durch die radial außen liegenden Bundauflagen der Auflagescheiben 18 begrenzt.The respective wheel axle bolts 14 for storing the differential gears 16 be at respective positions of Stirnradinnenseite 12 arranged and then by welding rivets with the spur gear 10 connected. Before the welding rivets are between the wheel axle bolts 14 and the Stirnradinnenseite 12 the bearing washers 18 arranged. As in 2 to recognize the pads are 18 with a radially inner collar support in contact with an annular shoulder 20 the wheel axle bolt 14 and with the spur wheel inside 12 brought, with a radially outer flange of the bearing plates 18 only in contact with the inside of the spur gear 12 is brought. In other words, the pads are 18 So step-shaped, so that part of the wheel axle bolts 14 through the bearing washers 18 protrudes and thus in direct contact with the Stirnradinnenseite 12 stands. The annular heel 20 the wheel axle bolt 14 on the other hand lies on the radially inner flange supports of the support disks 18 on and is in the radial direction through the radially outer flange pads of the bearing discs 18 limited.

In 3 ist eine schematische Abfolge von Verfahrensschritten zum Verbinden der Radachsenbolzen 14 mit dem Stirnrad 10 gezeigt. Zunächst werden die jeweiligen, als Schweißniete dienenden Radachsenbolzen 14 mitsamt den Auflagescheiben 18 an entsprechend vorbestimmten Stellen der Stirnradinnenseite 12 des Stirnrads 10 positioniert. Anschließend werden jeweilige, hier nicht dargestellte Elektroden mit einer Vorspannkraft am Stirnrad 10 sowie an den jeweiligen Rachachsenbolzen 14 positioniert. Danach wird mittels der Elektroden ein Schweißimpuls ausgelöst, wonach mittels der Elektroden ein Erwärmungsimpuls ausgelöst und anschließend die Radachsenbolzen 14 bis auf eine vorgegebene Bolzenhöhe gestaucht werden. Mit anderen Worten werden die jeweiligen Radachsenbolzen also zunächst mit der Stirnradinnenseite 12 des Stirnrads 10 verschweißt und anschließend in Form eines Warmnietvorgangs erwärmt und gestaucht. Vorteilhaft ist die dabei erzielte Füllung der Lochleibung, die Vorspannung der Auflagescheiben sowie die großflächige Abstützung ggf. auf die Radachsenbolzen wirkender Biegekräfte.In 3 is a schematic sequence of steps for connecting the Radachsenbolzen 14 with the spur gear 10 shown. First, the respective, serving as a welded rivets Radachsenbolzen 14 together with the bearing washers 18 at according to predetermined locations of Stirnradinnenseite 12 of the spur gear 10 positioned. Subsequently, respective, not shown here electrodes with a biasing force on the spur gear 10 as well as at the respective Rachachsebolzen 14 positioned. Thereafter, a welding pulse is triggered by means of the electrodes, after which a heating pulse is triggered by means of the electrodes and subsequently the wheel axle bolts 14 be compressed to a predetermined bolt height. In other words, the respective Radachsenbolzen so first with the Stirnradinnenseite 12 of the spur gear 10 welded and then heated and compressed in the form of a hot riveting operation. Advantageously, the achieved filling of the bearing detent, the bias of the bearing plates and the large-area support possibly acting on the Radachsenbolzen bending forces.

Die jeweiligen Radachsenbolzen 14 und das Stirnrad 10 werden also zunächst jeweils separat hergestellt und dann erst in einem weiteren Fügeverfahren miteinander verbunden. Durch das erläuterte Schweißnieten ist es möglich, die Radachsenbolzen 14 prozesssicher und belastbar mit dem Stirnrad 10 zu fügen. Dadurch können sowohl das Stirnrad 10 als auch die Radachsenbolzen 14 zunächst relativ aufwandsarm separat hergestellt und erst danach miteinander gefügt werden.The respective wheel axle bolts 14 and the spur gear 10 are therefore each prepared separately and then connected together only in a further joining process. Through the illustrated welding rivets, it is possible, the Radachsenbolzen 14 reliable and resilient with the spur gear 10 to add. This allows both the spur gear 10 as well as the wheel axle bolts 14 initially produced relatively little effort separately and only then joined together.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012019901 A1 [0003]

Claims

Method for connecting components ( 10 . 14 ) for a differential of a motor vehicle, in which respective Radachsenbolzen ( 14 ) for storing differential gears ( 16 ) of the differential gear on one of an outer toothing of a spur gear ( 10 ) facing away Stirnradinnenseite ( 12 ) and then by welding rivets with the spur gear ( 10 ) get connected.

A method according to claim 1, characterized in that before the welding rivets between the Radachsenbolzen ( 14 ) and the Stirnradinnenseite ( 12 ) respective support disks ( 18 ) to be ordered.

Method according to claim 2, characterized in that the support discs ( 18 ) with a radially inner collar support in contact with the Radachsenbolzen and with the Stirnradinnenseite ( 12 ) and with a radially outer collar support exclusively in contact with the Stirnradinnenseite ( 12 ) to be brought.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that respective electrodes with a biasing force on the spur gear ( 10 ) and at the Radachsenbolzen ( 14 ) are positioned and then a welding pulse is triggered by means of the electrodes.

A method according to claim 4, characterized in that triggered after applying the welding pulse by means of the electrodes, a heating pulse and then the Radachsenbolzen ( 14 ) are upset to a predetermined bolt height.