DE10244395A1

DE10244395A1 - Differentialgetriebe und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE10244395A1
Application number: DE2002144395
Authority: DE
Inventors: Raimar Warnecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: DE10244395B4

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 der US 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 Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 10 für ein Getriebe gemäß der Erfindung dargestellt. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 10 besteht aus einem geschmiedeten Differentialgetriebegehäuse 12 und einem Gehäusedeckel 14. Das Differentialgetriebegehäuse 12 vereinigt die Funktionen von Differentialgetriebegehäuse, Achsantriebsrad und Parksperrenrad in einem durch Warm- und ggf. Kaltumformen hergestellten Bauteil. Das Differentialgetriebegehäuse 12 hat eine Öffnung 16 in Richtung der Achse 18. Die axiale Öffnung 16 wird durch den Gehäusedeckel 14 verschlossen. Der Gehäusedeckel 14 besitzt an der Außenseite einen Hals 20, auf dem ein Lager aufgepreßt werden kann. An seiner Innenseite hat der Gehäusedeckel 14 eine Kontur 22, die als Anlauffläche dienen kann und in dieser Ausführungsform der Außenform eines Achskegelrades entspricht.

In der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 10 weist das Differentialgetriebegehäuse 12 zusätzlich zu der axialen Öffnung 16 Schmierungsöffnungen 24 auf. Die axiale Öffnung 16 dient zur Montage von Innenteilen des Differentialgetriebes und hat daher einen größeren Durchmesser als die Achskegelräder des Differentialgetriebes. In das Differentialgetriebegehäuse 12 können vier Ausgleichkegelräder eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, das Differentialgetriebe kleiner zu bauen. Das Differentialgetriebegehäuse 12 weist weiterhin eine Laufverzahnung 26 und eine Parksperrenverzahnung 28 auf. Ein Steg 30 unterhalb der Laufverzahnung 26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden.

Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 10 hat einen Innenraum 32 zur Aufnahme der Getriebezahnräder mit einer kugelförmigen Kontur 34 des Differentialgetriebegehäuses 12 und der kugelförmigen Kontur 22 des Gehäusedeckels 14. Das Differentialgetriebegehäuse 12 und der Gehäusedeckel 14 sind mittels Zylinderflächen 36 im Zentriersitz positioniert und verschweißt.

2 zeigt eine Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, wobei entsprechende Elemente der 1 mit derselben Bezugsziffer bezeichnet sind. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 20 besteht wieder aus einem geschmiedeten Differentialgetriebegehäuse 13 mit einer Öffnung 16 in axialer Richtung, die von einem Gehäusedeckel 14 geschlossen wird. Das Differentialgetriebegehäuse 13 vereinigt die Funktionen von Differentialgetriebegehäuse, Achsantriebsrad und Parksperrenrad in einem durch Warm- und ggf. Kaltumformen hergestellten Bauteil. Der Gehäusedeckel 14 besitzt an der Außenseite einen Hals 20, auf dem ein Lager aufgepreßt werden kann. An seiner Innenseite hat der Gehäusedeckel 14 eine Kontur 22, die als Anlauffläche dienen kann und in dieser Ausführungsform der Außenform eines Achskegelrades entspricht. Das Differentialgetriebegehäuse 13 weist weiterhin eine Laufverzahnung 26 und eine Parksperrenverzahnung 28 auf. Ein Steg 30 unterhalb der Laufverzahnung 26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden. Die Differentialgetriebegehäuseschweißgruppe 20 hat einen Innenraum 32 zur Aufnahme der Getriebezahnräder mit einer kugelförmigen Kontur 34 des Differentialgetriebegehäuses 12 und der kugelförmigen Kontur 22 des Gehäusedeckels 14. Das Differentialgetriebegehäuse 13 und der Gehäusedeckel 14 sind mittels Zylinderflächen 36 im Zentriersitz positioniert und verschweißt.

Das Differentialgetriebegehäuse 13 hat eine Öffnung 40 senkrecht zur Achse 18 und zu einem Bolzen. Die Öffnung 40 ist so groß, dass die Achskegelräder in den Innenraum 32 eingeführt und montiert werden können. Zusätzlich zur Öffnung 40 ist unterhalb des Fußkreises der Parksperrenverzahnung 28 eine Aussparung 42 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 Hauptachse 18 und einer Parksperrenverzahnung 28 auf einem Differentialgetriebegehäuse 12, 13 wird das Differentialgetriebegehäuse einschließlich des Achsantriebsrades und der Parksperrenverzahnung durch Umformen, vorzugsweise Warm- und ggf. Kaltumformen, eines einzigen Bauteils geformt. Zur Bearbeitung des Innenraums 32 wird ein Drehwerkzeug durch die achsiale Öffnung eingeführt. Zum Verschließen der achsialen Öffnung 16 und zur Durchführung einer Welle der Hauptachse 18 wird ein Gehäusedeckel 14 mit einem Hals 20 an der Außenseite gefertigt, auf den ein Lager aufgepreßt wird. Der Gehäusedeckel 14 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 Aussparung 42 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 Parksperrenverzahnung 28 erfüllt werden und die Schweißbarkeit gewährleistet ist. Zur Festigkeitssteigerung der Laufverzahnung 26 und des Parksperrenverzahnung 26 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 Gehäusedeckels 14 in diese Kugelform zu gewährleisten werden die Kugel, der Paßsitz für den Gehäusedeckel, sowie die Fügestelle (Anlageschulter) in einer Aufspannung gefertigt. Die Parksperrenverzahnung 28 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 Gehäusedeckel 14 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 Zylinderflächen 36 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 Differentialgetriebegehäuses 12, 13, die Kugelfläche 34 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 Laufverzahnungen 26 und die Parksperrenverzahnung 28 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 Steg 30 unterhalb der Laufverzahnung 26 kann zur Gewichtsreduktion mit Aussparungen versehen werden.

Die Schmierungsöffnungen 24 des Difterentialgetriebegehäuses 12 erfordern keine hohe Form- und Lagegenauigkeit, sie können daher sowohl geschmiedet (Hinterschnitt) oder gebohrt werden.

Die Öffnung 40 des Differentialgetriebegehäuses 13 kann im Rohteil durch einen Schmiedevorgang (Hinterschnitt) parallel zur Gesenkteilungsebene (senkrecht zur Hauptschmiederichtung) oder spanabhebend vor dem Härten erzeugt werden. Die Öffnung 40 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

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.