DE10316868A1

DE10316868A1 - Differenzial für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10316868A1
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: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: DE10316868B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Differenzial für Kraftfahrzeuge, mit einem drehbar in einem Gehäuse gelagerten, mehrteiligen Ausgleichsgehäuse, in dem Ausgleichskegelräder und Achskegelräder angeordnet sind, wobei die Ausgleichskegelräder auf einem mit dem Ausgleichsgehäuse verbundenen Mitnehmerbolzen gelagert sind und mit den Achskegelrädern über entsprechende Verzahnungen kämmen, und wobei ferner das Ausgleichsgehäuse mit einem Antriebszahnrad fest verbunden ist. Zur Schaffung eines gewichtsoptimierten und hohe Antriebs-Übertragungsleistungen zulassenden Differenzials ist das Ausgleichsgehäuse aus einem hochfesten Trägerteil und einem mit diesem verbundenen Deckel gebildet, wobei die Trennebene zwischen Trägerteil und Deckel derart liegt, dass die Aufnahmebohrungen für den Mitnehmerbolzen vollständig im Trägerteil ausgebildet sind und die besagten Kegelräder von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse montierbar sind.

Description

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

Ein derartiges Differenzial zeigt beispielsweise die DE 195 46 331 C1 , bei dem zur Gewichtsverminderung und Senkung der Fertigungskosten das Ausgleichsgehäuse mehrteilig aus Blechteilen gleichmäßiger Wandstärke, die untereinander durch Verschrauben befestigt sind. Hinsichtlich der übertragbaren Antriebsleistung sind einem solchen Diferenzial jedoch Grenzen gesetzt, weil die Bauteilbelastungen nicht spezifisch genug anpassbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Differenzial der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, welches einen verbesserten Kompromiss zwischen Leichtbau einerseits und hoher Antriebsleistungs-Übertragbarkeit andererseits darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Ausgleichsgehäuse aus einem hochfesten Trägerteil und einem mit diesem verbundenem Deckel gebildet ist, wobei die Trennebene zwischen Trägerteil und Deckel derart liegt, dass die Aufnahmebohrungen für den Mitnehmerbolzen vollständig im Trägerteil ausgebildet sind und dennoch die besagten Kegelräder von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse montierbar sind. Damit wird die Antriebsleistung von dem Antriebszahnrad über das hochfeste Trägerteil, den Mitnehmerbolzen und die im Ausgleichsgehäuse befindlichen Kegelräder auf die abtreibenden Achswellen übertragen, während über das Deckelteil lediglich ein geringerer Anteil von Biegemomenten abzustützen ist. Trotzdem bleibt der Vorteil einer einfachen Montage des Differenziales erhalten, indem die Kegelräder über die Deckelöffnung des Ausgleichsgehäuses montierbar sind.

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 Trä gerteils mit dem Nabenabschnitt verbundene, axial vorstehende Versteifungsrippen angeformt sind.

Das Antriebszahnrad kann bevorzugt mit dem Trägerteil verschweißt sein, z.B. durch Laserstrahlschweißen. Daraus resultiert eine Gewichtsverminderung des Differenziales durch eingesparte Befestigungsschrauben und für eine Schraubverbindung an sich erforderliche Flanschausbildungen.

Des weiteren kann der Deckel aus einem weniger festen Blechteil ggf. geringerer Wandstärke hergestellt sein. Insbesondere kann der Deckel mit einem angeformten Nabenabschnitt für die andere Achswelle des Differenziales im Tiefziehverfahren hergestellt sein. Dies ergibt ein kostengünstig herstellbares Bauteil, dessen Festigkeitseigenschaften den auftretenden Bauteilbelastungen genügen.

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, in dem Ausgleichskegelräder und Achskegelräder angeordnet sind, wobei die Ausgleichskegelräder auf einem mit dem Ausgleichsgehäuse verbundenem Mitnehmerbolzen gelagert sind und mit den Achskegelrädern über entsprechende Verzahnungen kämmen, und wobei ferner das Ausgleichsgehäuse mit einem Antriebszahnrad fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgehäuse (12) aus einem hochfesten Trägerteil (24) und einem mit diesem verbundenem Deckel (26) gebildet ist, wobei die Trennebene (36) zwischen Trägerteil (24) und Deckel (26) derart liegt, dass die Aufnahmebohrungen (35) für den Mitnehmerbolzen (20) vollständig im Trägerteil (24) ausgebildet sind und die besagten Kegelräder (14, 16) von der Deckelseite her in das Ausgleichsgehäuse (24) montierbar sind.
Differenzial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (24) einstückig aus einem eine Achswelle des Differenziales (10) aufnehmenden Nabenabschnitt (30), einem das Antriebszahnrad (22) tragenden Ra dialabschnitt (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 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (24) ein Schmiedeteil aus hochfestem Werkstoff ist.
Differenzial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (22) mit dem Trägerteil (24) verschweißt ist.
Differenzial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (26) aus einem weniger festen Blechteil hergestellt ist.
Differenzial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, 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 oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (26) mit dem Trägerteil (24) an der besagten Trennebene (36) verschweißt ist.
Differenzial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (26) und dem angeformten Nabenabschnitt (28) die Biegesteifigkeit erhöhende Mittel (42) angeordnet sind.
Differenzial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Biegesteifigkeit erhöhenden Mittel in den Übergangsbereich zwischen Deckel (26) und Nabenabschnitt (28) radial nach außen eingeformte Sicken (42) sind.
Differenzial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, 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 oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (20) zur Gewichtsverminderung zumindest teilweise mit Ausnehmungen (44) versehen oder rohrförmig gestaltet ist.