DE10244395A1 - Differentialgetriebe und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe mit einem Achsantriebsrad (26), einer Hauptachse (18) und einer Parksperrenverzahnung (28) auf einem Differentialgetriebegehäuse (12, 13) und Herstellungsverfahren dafür, wobei das Differentialgetriebegehäuse einschließlich dem Achsantriebsrad und der Parksperrenverzahnung durch Umformen eines einzigen Bauteils geformt ist. Das Differentialgetriebegehäuse (12, 13) weist nach einer Seite hin eine axiale Öffnung (16) auf, die durch einen Gehäusedeckel (14) verschlossen wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Differentialgetriebe und ein Herstellungsverfahren dafür nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
- Es ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit Automatikgetrieben über Getriebebetätigungsvorrichtungen für den Fahrer verfügen, bei denen ein Wählhebel in unterschiedliche Vorwärts- und Rückwärtsfahrstufen einlegbar ist. Um sicherzustellen, dass das Fahrzeug in einer Nichtbetriebssituation gegen ungewolltes Wegrollen gesichert ist, läßt sich der Wählhebel der Betätigungsvorrichtung für das Getriebe in eine Parkposition bewegen und dort festlegen. Eine mit dem Wählhebel über Betätigungsstangen oder Betätigungsseile verbundene getriebeseitige Schaltvorrichtung erlaubt es, das Getriebe derart gegen das Getriebegehäuse und damit letztlich gegen das Gesamtfahrzeug festzulegen, dass ungewollte Fahrzeugbewegungen sicher unterbunden werden.
- Es sind Parksperrbetätigungsvorrichtungen bekannt geworden, die außerhalb des Getriebgehäuses und vorzugsweise auf dem Differentialkorb eines Differential- oder Achsausgleichsgetriebes angeordnet sind, wobei ein Sperrhebel mit einem Parksperrenrad verrastet, wie beispielsweise in der
DE 197 10 975 oder derUS 4,369.867 beschrieben. Dabei ist es üblich, dass auf einem mittels Gußverfahren hergestellten Differentialkorb separat gefertigte Antriebsfesträder und ein Parksperrenrad drehfest montiert werden. Die spezifischen Belastungen sowie die Kinematik des Parksperrenmechanismus fordern sowohl eine exakte Position, form- und funktionsrelevanter Flächen, als auch eine extrem hohe Festigkeit. Daher wird das Parksperrenrad häufig als Schmiedeteil ausgeführt und über eine Steckverzahnung formund kraftschlüssig mit dem Differentialgetriebegehäuse verbunden. - Dabei ist nachteilig, dass die axiale Fixierung des Parksperrenrades durch eine Pressverbindung in der Verzahnung erfolgt, denn ein zusätzliches Festlegen des Parksperrenrades (z.B. durch axiale Schrauben) erfordert eine sehr aufwändige (gerichtete) Montage und Teilefertigung. Im Bereich der Steckverzahnung entsteht eine Materialanhäufung, wodurch sich ein höheres Gesamtgewicht ergibt. Die im Stand der Technik bekannten Ausführungen sind daher noch nicht optimal.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Differentialgetriebe der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, dass dieses kostengünstiger herstellbar, leichter montierbar sowie betriebssicher im Einsatz ist.
- Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun für das Differentialgetriebe dadurch gelöst, daß das Differentialgetriebe einschließlich dem Achsantriebsrad und der Parksperrenverzahnung durch Umformen eines einzigen Bauteils geformt ist. Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist für das Herstellungsverfahren nun dadurch gelöst, daß das Differentialgetriebegehäuse einschließlich dem Achsantriebsrad und der Parksperrenverzahnung durch Umformen eines einzigen Bauteils geformt wird. Das so hergestellte Differentialgetriebe bzw. das Verfahren zu deren Herstellung ist auf kostengünstige Art und Weise realisierbar und es fällt auch kein besonderer hoher Montageaufwand an. Im Ergebnis sind daher wesentliche Vorteile erzielt.
- Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Differentialgetriebe bzw. das Herstellungsverfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf auf die den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Ansprüche zunächst vennriesen werden. Im folgenden sollen nun mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
-
1 einen achsialen Schnitt durch eine Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe für ein Getriebe gemäß der Erfindung; und -
2 einen achsialen Schnitt durch eine Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe für ein Getriebe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. - In
1 ist ein achsialen Schnitt durch eine Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe10 für ein Getriebe gemäß der Erfindung dargestellt. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe10 besteht aus einem geschmiedeten Differentialgetriebegehäuse12 und einem Gehäusedeckel14 . Das Differentialgetriebegehäuse12 vereinigt die Funktionen von Differentialgetriebegehäuse, Achsantriebsrad und Parksperrenrad in einem durch Warm- und ggf. Kaltumformen hergestellten Bauteil. Das Differentialgetriebegehäuse12 hat eine Öffnung16 in Richtung der Achse18 . Die axiale Öffnung16 wird durch den Gehäusedeckel14 verschlossen. Der Gehäusedeckel14 besitzt an der Außenseite einen Hals20 , auf dem ein Lager aufgepreßt werden kann. An seiner Innenseite hat der Gehäusedeckel14 eine Kontur22 , die als Anlauffläche dienen kann und in dieser Ausführungsform der Außenform eines Achskegelrades entspricht. - In der in
1 gezeigten ersten Ausführungsform der Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe10 weist das Differentialgetriebegehäuse12 zusätzlich zu der axialen Öffnung16 Schmierungsöffnungen24 auf. Die axiale Öffnung16 dient zur Montage von Innenteilen des Differentialgetriebes und hat daher einen größeren Durchmesser als die Achskegelräder des Differentialgetriebes. In das Differentialgetriebegehäuse12 können vier Ausgleichkegelräder eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, das Differentialgetriebe kleiner zu bauen. Das Differentialgetriebegehäuse12 weist weiterhin eine Laufverzahnung26 und eine Parksperrenverzahnung28 auf. Ein Steg30 unterhalb der Laufverzahnung26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden. - Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe
10 hat einen Innenraum32 zur Aufnahme der Getriebezahnräder mit einer kugelförmigen Kontur34 des Differentialgetriebegehäuses12 und der kugelförmigen Kontur22 des Gehäusedeckels14 . Das Differentialgetriebegehäuse12 und der Gehäusedeckel14 sind mittels Zylinderflächen36 im Zentriersitz positioniert und verschweißt. -
2 zeigt eine Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, wobei entsprechende Elemente der1 mit derselben Bezugsziffer bezeichnet sind. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe20 besteht wieder aus einem geschmiedeten Differentialgetriebegehäuse13 mit einer Öffnung16 in axialer Richtung, die von einem Gehäusedeckel14 geschlossen wird. Das Differentialgetriebegehäuse13 vereinigt die Funktionen von Differentialgetriebegehäuse, Achsantriebsrad und Parksperrenrad in einem durch Warm- und ggf. Kaltumformen hergestellten Bauteil. Der Gehäusedeckel14 besitzt an der Außenseite einen Hals20 , auf dem ein Lager aufgepreßt werden kann. An seiner Innenseite hat der Gehäusedeckel14 eine Kontur22 , die als Anlauffläche dienen kann und in dieser Ausführungsform der Außenform eines Achskegelrades entspricht. Das Differentialgetriebegehäuse13 weist weiterhin eine Laufverzahnung26 und eine Parksperrenverzahnung28 auf. Ein Steg30 unterhalb der Laufverzahnung26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe20 hat einen Innenraum32 zur Aufnahme der Getriebezahnräder mit einer kugelförmigen Kontur34 des Differentialgetriebegehäuses12 und der kugelförmigen Kontur22 des Gehäusedeckels14 . Das Differentialgetriebegehäuse13 und der Gehäusedeckel14 sind mittels Zylinderflächen36 im Zentriersitz positioniert und verschweißt. - Das Differentialgetriebegehäuse
13 hat eine Öffnung40 senkrecht zur Achse18 und zu einem Bolzen. Die Öffnung40 ist so groß, dass die Achskegelräder in den Innenraum32 eingeführt und montiert werden können. Zusätzlich zur Öffnung40 ist unterhalb des Fußkreises der Parksperrenverzahnung28 eine Aussparung42 eingeschmiedet, die eine Montage von Ausgleichkegelrädern ermöglicht. Dabei muß die Aussparung so groß sein, dass ein direktes Aufstecken oder zumindest ein Einfädeln (in die Verzahnung) der Ausgleichkegelräder möglich ist. - Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe mit einem Achsantriebsrad
26 , einer Hauptachse18 und einer Parksperrenverzahnung28 auf einem Differentialgetriebegehäuse12 ,13 wird das Differentialgetriebegehäuse einschließlich des Achsantriebsrades und der Parksperrenverzahnung durch Umformen, vorzugsweise Warm- und ggf. Kaltumformen, eines einzigen Bauteils geformt. Zur Bearbeitung des Innenraums32 wird ein Drehwerkzeug durch die achsiale Öffnung eingeführt. Zum Verschließen der achsialen Öffnung16 und zur Durchführung einer Welle der Hauptachse18 wird ein Gehäusedeckel14 mit einem Hals20 an der Außenseite gefertigt, auf den ein Lager aufgepreßt wird. Der Gehäusedeckel14 wird nach der Montage von Differentialgetriebe-Innenteilen durch Laserstrahl- oder Elektronenstrahlschweißen mit dem Ausgleichgehäuse zusammengefügt. - Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird unterhalb eines Fußkreises der Parksperrenverzahnung
28 eine Aussparung42 eingeschmiedet, die eine Montage von vorzugsweise vier Ausgleichkegelrädern ermöglicht. - Der Grundwerkstoff des Schmiedeteils wird vorzugsweise so gewählt, dass sowohl die Festigkeitsanforderungen der Laufverzahnung
26 , als auch der Parksperrenverzahnung28 erfüllt werden und die Schweißbarkeit gewährleistet ist. Zur Festigkeitssteigerung der Laufverzahnung26 und des Parksperrenverzahnung26 wird das gesamte Bauteil vorteilhaft carbonitriert und angelassen oder induktiv gehärtet. Die Härteangaben richten sich dabei nach den Ertordernissen aus den Verzahnungsberechnungen. Eine Härte von 680 HV 30; Eht 550 = 0, 7 + 0,3 sollte dabei sicher erreicht werden können. Bevorzugte Grundwerkstoffe je nach Härteverfahren sind 16 MnCr5, 20 MnCr5, und 17 NiCrMo6 oder 42 CrMo4 oder dgl. - Die Trennfuge zwischen beiden Gehäusehälften wird so gestaltet, dass keine Anlauffläche eines Kegelrades unterbrochen wird. Die Innenkontur (Kugel) wird vorgedreht und nach dem Härten geschliffen. Um ein exaktes Einpassen der Innenkontur
22 des Gehäusedeckels14 in diese Kugelform zu gewährleisten werden die Kugel, der Paßsitz für den Gehäusedeckel, sowie die Fügestelle (Anlageschulter) in einer Aufspannung gefertigt. Die Parksperrenverzahnung28 wird warm vorgeschmiedet und anschließend kalt kalibriert. Bei großen Härteverzügen ist ein anschließender Schleifprozeß im harten Zustand möglich. - Der Gehäusedeckel
14 kann sowohl als reines Drehteil oder als Schmiedeteil gefertigt werden. Der Werkstoff des Gehäusedeckels wird so gewählt, dass eine hohe Schweißnahtgüte erzielt werden kann. Der Gehäusedeckel14 wird dann gehärtet, wenn auf einen Anlaufscheibenverbund verzichtet wird. Bei einer Ausführung mit Kugelform wird der Zentriersitz nicht bis zur Kugelfläche gefertigt. Damit soll verhindert werden das durch die Pressung Deformationen der Kugelfläche induziert werden. Im Bereich der Schweißnaht wird die Einsatzschicht großzügig entfernt. Auch bei an die Planfläche angrenzenden Zylinderflächen36 wird die Einsatzschicht zumindest teilweise entfernen. Die Schweißnaht wird auf einen maximal möglichen Durchmesser gefertigt. Sie liegt in einem Bereich, der unter Betriebslast die minimal möglichen Vergleichsspannungen (von Mieses) und Zugspannungen aufweist. Die Mindesteinschweißtiefe beträgt vorteilhaft 5 mm. Die Schweißnaht wird als Radialnaht ausgeführt. Die Schweißnahtwurzel liegt im Gehäusedeckel außerhalb des Einflußbereiches von Passungsfugen. Die Innenkontur des Differentialgetriebegehäuses12 ,13 , die Kugelfläche34 sowie die geschliffenen Verzahnungen werden durch Abschottung vor Schweißspritzern geschützt. - Eine erste und eine zweite Ausführungsart des Herstellungsverfahrens werden in Bezug auf die Herstellung der Differentialgetriebegehäuse
12 (erste) und 13 (zweite) unterschieden. Soweit erforderlich werden die Laufverzahnungen26 und die Parksperrenverzahnung28 geschliffen. Bei der ersten Ausführungsart erfolgt dies vor dem Schweißen und bei der zweiten Ausführungsart in der Schweißgruppe (nach dem Härten und dem Schweißen). Bei der ersten Ausführungsart werden die Funktionsflächen des Gehäusedeckels vor dem Schweißen fertigbearbeitet und durch eine Hülse vor Schweißspritzern geschützt. Bei der zweiten Ausführungsart ist darüber hinaus auch eine Aufnahme der Schweißgruppe in Zentrierspitzen möglich. Dadurch können alle außen liegenden Funktionsflächen in der Schweißgruppe bearbeitet (geschliffen) werden. Dies ermöglicht das Erreichen einer maximalen Formgenauigkeit. Der Steg30 unterhalb der Laufverzahnung26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden. - Die Schmierungsöffnungen
24 des Difterentialgetriebegehäuses12 erfordern keine hohe Form- und Lagegenauigkeit, sie können daher sowohl geschmiedet (Hinterschnitt) oder gebohrt werden. - Die Öffnung
40 des Differentialgetriebegehäuses13 kann im Rohteil durch einen Schmiedevorgang (Hinterschnitt) parallel zur Gesenkteilungsebene (senkrecht zur Hauptschmiederichtung) oder spanabhebend vor dem Härten erzeugt werden. Die Öffnung40 ermöglicht eine Montage der Achskegelrader und ggf. des Anlaufscheibenverbundes durch Einfädeln. -
- 10
- Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe
- 12, 13
- Differentialgetriebegehäuse
- 14
- Gehäusedeckel
- 16
- Öffnung
- 18
- Achse
- 20
- Hals
- 22
- kugelförmige Kontur
- 24
- Schmierungsöffnungen
- 26
- Laufverzahnung
- 28
- Parksperrenverzahnung
- 30
- Steg
- 32
- Innenraum
- 34
- kugelförmige Kontur
- 36
- Zylinderflächen
- 40
- Öffnung
- 42
- Aussparung
Claims (21)
- Differentialgetriebe mit einem Achsantriebsrad (
26 ), einer Hauptachse (18 ) und einer Parksperrenverzahnung (28 ) auf einem Differentialgetriebegehäuse (12 ,13 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebegehäuse einschließlich dem Achsantriebsrad und der Parksperrenverzahnung durch Umformen eines einzigen Bauteils geformt ist. - Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebegehäuse (
12 ,13 ) nach einer Seite hin eine achsiale Öffnung (16 ) aufweist. - Differentialgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe einen die achsiale Öffnung (
16 ) des Differentialgetriebegehäuses (12 ,13 ) verschließenden Gehäusedeckel (14 ) aufweist. - Differentialgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (
14 ) an der Außenseite einen Hals (20 ) mit einem Lager aufweist. - Differentialgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (
14 ) an der Innenseite eine Kontur (22 ) aufweist, die eine Anlauffläche bildet. - Differentialgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (
14 ) durch Schweißen mit dem Differentialgetriebegehäuse (12 ,13 ) zusammengefügt ist. - Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe vier Ausgleichkegelräder aufweist.
- Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebegehäuse (
12 ,13 ) eine zur Hauptachse senkrechte Montageöffnung aufweist. - Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebegehäuse (
12 ,13 ) unterhalb eines Fußkreises der Parksperrenverzahnung (28 ) eine Aussparung (42 ) aufweist, die eine Montage von Ausgleichkegelrädern ermöglicht. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe mit einem Achsantriebsrad (
26 ), einer Hauptachse (18 ) und einer Parksperrenverzahnung (28 ) auf einem Differentialgetriebegehäuse (12 ,13 ), wobei das Differentialgetriebegehäuse einschließlich dem Achsantriebsrad und der Parksperrenverzahnung durch Umformen eines einzigen Bauteils geformt wird. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach Anspruch 10, wobei das Umformen ein Warmformen enthält.
- Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach Anspruch 10 oder 11, wobei das umgeformte Differentialgetriebegehäuse (
12 ,13 ) nach einer Seite eine achsiale Öffnung (16 ) aufweist. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach Anspruch 12, wobei zur Innenbearbeitung ein Drehwerkzeug durch die achsiale Öffnung eingeführt wird.
- Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei ein Gehäusedeckel (
14 ) zum Verschließen der achsialen Öffnung (16 ) und zur Durchführung einer Welle der Hauptachse (18 ) gefertigt wird. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach Anspruch 14, wobei der Gehäusedeckel an der Außenseite einen Hals (
20 ) aufweist, auf dem ein Lager aufgepreßt wird. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der Gehäusedeckel (
14 ) an der Innenseite eine Kontur (22 ) aufweist, die eine Anlauffläche bildet. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Gehäusedeckel (
14 ) durch Laserstrahl- oder Elektronenstrahlschweißen mit dem Differentialgetriebegehäuse (12 ,13 ) zusammengefügt wird. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Montage von Differentialgetriebe-Innenteilen vor dem Schweißprozess erfolgt.
- Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das umgeformte Differentialgetriebegehäuse (
12 ,13 ) eine zur Hauptachse senkrechte Montageöffnung aufweist. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei unterhalb eines Fußkreises der Parksperrenverzahnung (
28 ) eine Aussparung (42 ) eingeschmiedet wird, die eine Montage von Ausgleichkegelrädern ermöglicht. - Herstellungsverfahren für ein Differentialgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vier Ausgleichkegelräder in das Differentialgetriebe eingesetzt werden.
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