-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Bauteils eines
Ausgleichsgetriebes für einen
Kraftwagen sowie ein Ausgleichsgetriebe für einen Kraftwagen mit wenigstens
einem nach einem derartigen Verfahren ausgewuchteten Bauteil.
-
Bauteile
für Ausgleichsgetriebe,
insbesondere Ausgleichsgetriebegehäuse werden in der Regel urformend
auf Kugelgraphitguss hergestellt. Derartige Produktionsverfahren
sind in hohem Maße
toleranzbehaftet. Die rohen Gussoberflächen mit diesen Toleranzen
führen
daher oftmals zu Unwuchten an solchen Bauteilen.
-
Zum
Beseitigen derartiger Unwuchten werden in der Regel Massen für einen
späteren
Abtrag vorgehalten. Dies kann beispielsweise in der Form von rotationssymmetrisch
umlaufenden Stegen, Vorsprüngen
oder dergleichen dargestellt werden. Zum Auswuchten des Bauteiles
wird dann an bestimmten Stellen eine vorbestimmte Menge an Material
beispielsweise spanend abgetragen.
-
Derartige
Verfahren zum Auswuchten von Ausgleichsgetrieben sind nachteilig,
da die zum Auswuchten vorgehaltenen Zusatzmassen das Bauteilgewicht
und damit auch das Trägheitsmoment
des Bauteiles erhöhen.
Durch den höheren
Materialverbrauch erhöhen
sich auch die Werkstoffkosten. Durch die höheren Gewichte und Trägheitsmomente kommt
es in der Folge auch zu einem höheren
Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens sowie zu höheren Emissionen, was beides
aus Kosten- und Umweltschutzgründen
nicht wünschenswert
ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Auswuchten eines Bauteils eines Ausgleichsgetriebes bereitzustellen,
welches ohne beim Urformen des Bauteils angebrachte Zusatzmassen
auskommt. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Ausgleichsgetriebe
für einen
Kraftwagen so weiterzuentwickeln, dass dieses ohne beim Urformen
angebrachte Zusatzmassen ausgewuchtet werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Ausgleichsgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
14 gelöst.
-
Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass an einer vorbestimmten Position
des Bauteils des Ausgleichsgetriebes Material mit vorbestimmter
Masse stoffschlüssig
auf dieses Bauteil aufgetragen wird. In anderen Worten wird keine
Zusatzmasse beim Urformen des Bauteiles vorgehalten, sondern lediglich
genau die benötigte zusätzliche
Massenmenge an einer vorbestimmten Position während des Auswuchtens aufgetragen.
Damit wird das Gewicht des Ausgleichsgetriebes minimiert, da keine
Zusatzmassen vorgehalten werden müssen. Dies senkt auch das Trägheitsmoment
des Getriebes und damit Kraftstoffverbrauch und Emissionen, sowie
Bauteil- und Herstellungskosten. Die exakt nötige Masse zum Auswuchten ist
dabei ohne Weiteres bestimmbar, so dass jeweils nur an den optimalen
Stellen die optimale Stoffmenge stoffschlüssig auf das Bauteil aufgetragen
wird. Das Auswuchten nach einem erfindungsgemäßen Verfahren kann dabei für die einzelnen
Bauteile des Ausgleichsgetriebes separat durchgeführt werden,
es ist jedoch auch ein Auswuchten am Zusammenbau möglich. Je nach
Art der bestimmten Unwucht kann das aufzubringende Material dabei
an verschiedenen Orten des Bauteils gefügt werden. Hierzu stehen als
variierbare Parameter die Umfangsposition, der radiale Ort sowie
die Winkellage gegenüber
einer Vorzugsrichtung des Bauteils zur Verfügung. Auch die Form der aufzubringenden
Massen ist bedarfsgerecht anpassbar.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Material durch stoffschlüssiges Verbinden des Bauteils
mit einem Auswuchtungselement ausgeführt. In anderen Worten wird
eine Vielzahl von Auswuchtungselementen mit unterschiedlichen Formen und
Massen vorrätig
gehalten, die je nach der bestimmten Unwucht des Bauteils am entsprechenden Ort
und mit der entsprechenden Masse mit dem Bauteil stoffschlüssig verbunden
werden. Dies ermöglicht obendrein
die Verwendung von standardisierten Auswuchtungselementen, so dass
diese nicht für
jedes einzelne auszuwuchtende Bauteil separat gefertigt bzw. nachbearbeitet
werden müssen.
-
Zum
stoffschlüssigen
Verbinden derartiger Auswuchtungselemente mit dem Bauteil stehen mehrere
alternative Möglichkeiten
zur Verfügung.
In einer Ausführungsform
der Erfindung kann das Auswuchtungselement dabei durch Schweißen, insbesondere
Laserschweißen
mit dem Bauteil verbunden werden. Das Laserschweißen hat
dabei insbesondere den Vorteil, dass es ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes
ausgeführt
werden kann, so dass die aufzubringende Masse im Wesentlichen durch
die Masse des Auswuchtungselements bestimmt wird, was das Verfahren
sehr präzise
macht. Weitere Vorzüge des
Laserschweißens
sind die hohe Schweißgeschwindigkeit
sowie der geringe thermische Verzug. Es hat sich hierbei als besonders
vorteilhaft herausgestellt, Auswuchtungselemente aus austenitbildenden
Werkstoffen zu verwenden, da sich so besonders stabile und auch
korrosionsarme Verbindungen mit Sphärogussbauteilen von Ausgleichsgetrieben erzielen
lassen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Auswuchtungselement mit dem Bauteil durch Löten, insbesondere
Laserlöten
verbunden werden. Beim Laserlöten
wird im Gegensatz zum Laserschweißen ein Zusatzwerkstoff verwendet,
so dass dessen Masse bei der Auswahl des Auswuchtungselementes mitberücksichtigt
werden muss. Der Vorteil des Laserlötens liegt in der guten Bearbeitbarkeit
unterschiedlicher Werkstoffe. Die Festigkeit der resultierenden
Lotverbindung entspricht derjenigen des Lotwerkstoffes, so dass
auch hier Anpassungsmöglichkeiten
vorhanden sind. Das Laserlöten
ermöglicht weiterhin
das Verbinden von nicht verschweißbaren Materialien insbesondere
mit Sphärogussbauteilen eines
Ausgleichsgetriebes. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt,
in Bereichen, welche zur Anbindung von Auswuchtungselementen vorgesehen
sind, bereits Lotreservoirs am Bauteil vorrätig zu halten. Damit entfällt das
Problem, dass beim Laserlöten
Zusatzmassen aufgetragen werden, da das Zusatzmaterial ja bereits
am Bauteil vorgehalten ist und daher nicht berücksichtigt werden muss.
-
In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann das Auswuchtungselement weiterhin durch Reibschweißen mit
dem auszuwuchtenden Bauteil verbunden werden. Hierzu bietet sich
insbesondere das Rotationsreibschweißen an, wobei das Auswuchtungselement
in der Fügezone
gegen das auszuwuchtende Werkstück
angepresst und in Rotation versetzt wird, so dass durch die Reibungshitze eine
Erweichung und ein Stoffschluss entsteht. Hierbei ist zu beachten,
dass das Auswuchtungselement notwendigerweise in seinem Fügebereich
rotationssymmetrisch ausgebildet sein muss. Das Rotationsreibschweißen bietet
ebenfalls den Vorteil, dass kein Zusatzmaterial eingebracht werden
muss, so dass die Masse des Auswuchtungselementes genau der benötigten Masse
entsprechen kann. Beim Reibschweißen ergibt sich vorteilhaft
eine deutlich kleinere Wärmeeinflusszone
als bei anderen Schweißverfahren,
wodurch auch unterschiedlichste Materialkombinationen verarbeitet
werden können.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass es in der Fügezone nicht zu Bildung einer
Schmelze kommt. Alternativ ist auch der Einsatz von Reibrührschweißverfahren
möglich,
bei welchen die Reibenergie nicht durch die Relativbewegung der
beiden Fügepartner
erzeugt wird, sondern durch ein verschleißfestes rotierendes Werkzeug
eingebracht wird.
-
In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist ein Verbinden des Auswuchtungselements mit dem Bauteil durch
WIG-Schweißen
oder WIG-Löten
möglich.
Beim WIG-Schweißen
(Wolfram-Inertgas-Schweißen)
wird die nötige
Temperatur durch einen Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und
dem Werkstück
erzeugt, wobei oxidative Korrosion des Werkstückes durch ein inertes Schutzgas
wie Argon, Stickstoff oder Helium vermieden wird. Das WIG-Schweißen benötigt einen
Zusatzwerkstoff, der allerdings nicht wie bei anderen Schweißverfahren durch
eine abschmelzende Elektrode zur Verfügung gestellt wird, sondern
in Form eines stab- oder drahtförmigen
Schweißzusatzes
zugeführt
wird. Dies macht die eingebrachte Menge des Zusatzwerkstoffes genau
kontrollierbar, so dass die für
das Auswuchten essenzielle genaue Kontrolle der aufgebrachten Masse
ermöglicht
wird. Das Verfahren ist zudem besonders zum Schweißen in schlecht
zugänglichen
Positionen geeignet, was es besonders für das erfindungsgemäße Verfahren
geeignet macht. Das WIG-Löten
gleicht insoweit dem WIG-Schweißen,
dass ein Zusatzmaterial durch einen Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und
dem Werkstück
unter Schutzgas aufgeschmolzen wird und so eine Verbindung zwischen
den zu schweißenden
Bauteilen erzeugt. Auch hier ist eine präzise Zuführung von Zusatzmaterial möglich, so dass
das Gesamtgesicht an eingebrachtem Zusatzmaterial an die Auswuchtungserfordernisse
angepasst werden kann. Der zusätzliche
Vorteil des WIG-Lötens
liegt in den niedrigeren Temperaturen, die zum Aufschmelzen des
Zusatzmaterials, hier eines Lotes, im Gegensatz zu einem Schweißzusatzstoff
nötig sind,
so dass geringere Gefügeveränderungen
am auszuwuchtenden Werkstoff auftreten.
-
In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist eine Verbindung des Auswuchtungselements mit dem auszuwuchtenden
Werkstück
durch Hubzündungsbolzenschweißen möglich. Hierbei
wird zwischen einer Stirnfläche
des Auswuchtungselements und dem auszuwuchtenden Werkstück ein Lichtbogen
gezündet,
wobei die jeweiligen Teile im Ansatzpunkt des Lichtbogens aufgeschmolzen
werden. Die beiden Teile werden anschließend mit geringem Anpressdruck
gefügt
und verbinden sich unter Erkaltung stoffschlüssig. Beim Bolzenschweißen mit Hubzündung werden
die Bauteile zunächst
in Kontakt gebracht, eine Spannung zwischen ihnen angelegt, und daraufhin
durch kurzes Abheben des Auswuchtungselementes ein Lichtbogen gezündet. Nach der
Zündung
des Lichtbogens werden die Teile schließlich wieder zusammengepresst
und so die Schweißverbindung
erzeugt. Zusatzmaterialien sind nicht notwendig, so dass wiederum
die Masse, die auf das auszuwuchtende Bauteil aufgebracht wird, genau
kontrollierbar ist. Die so entstehenden Schweißverbindungen sind sehr stabil,
wobei Einbrenntiefen von bis zu 3 mm entstehen können.
-
Weiterhin
ist in einer alternativen Ausführungsform
eine Verbindung des Auswuchtungselements mit dem auszuwuchtenden
Werkstück
durch Widerstandsschweißen
möglich.
Das Aufschmelzen der Schweißzone
erfolgt hier durch die Joule'sche Wärme eines
durch die Schweißzone
fließenden Stromes,
was wiederum die Verwendung von Schweißzusatzstoffen unnötig macht.
Besonders empfehlenswert ist hier der Einsatz des Widerstandspressschweißens, bei
welchem die Schweißpartner unter
einer zusätzlichen
Anpresskraft gefügt
werden. Selbstverständlich
ist auch ein Widerstandsschmelzschweißen ohne Presskraft möglich. In
beiden Fällen ist
wiederum die aufgetragene Materialmenge genau kontrollierbar.
-
In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
kann die Anbindung des Auswuchtungselements weiterhin durch Kleben
erfolgen. Auch hier ist die aufgetragene Materialmenge genau kontrollierbar,
da der Kleber exakt auf die Fügezone
zudosiert werden kann, so dass das Klebstoffgewicht genau bekannt
ist.
-
Für alle genannten
Fügeverfahren
können Ausbuchtelemente
nahezu beliebiger Formgebung verwendet werden. Insbesondere empfehlenswert
ist die Verwendung von ringförmigen,
zylinderförmigen oder
quaderförmigen
Auswuchtungselementen möglich.
Beim Einsatz von Reibschweißverfahren
ist zu beachten, dass sich hier lediglich ring- und zylinderförmige Auswuchtungselemente
eignen.
-
In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann anstelle
eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens
zum Fügen
des Bauteils mit einem Auswuchtungselement bekannter Masse ein Beschichtungsverfahren
verwendet werden, was das Aufdosieren der Auswuchtungsmasse hochgradig exakt
ermöglicht.
Hierzu eignen sich die bekannten Verfahren des thermischen Spritzens
oder auch hochwertige Verfahren zum Aufbringen von Metallen oder
Keramiken auf die gewünschten
Auswuchtungsstellen, wie beispielsweise das kinetische Kaltgaskompaktieren.
-
Die
Erfindung betrifft schließlich
ein Ausgleichsgetriebe für
einen Kraftwagen mit wenigstens einem nach einem der eingangs genannten
Verfahren ausgewuchteten Bauteil. Ein solches Ausgleichsgetriebe
weist die bereits genannten Vorteile auf. Insbesondere ist es gegenüber einem
konventionell ausgeführten
Ausgleichsgetriebe leichter und weist geringere Trägheitsmomente
auf. Hierdurch wird neben der unmittelbaren Gewichtseinsparung auch eine
Energieeinsparung im Betrieb des Ausgleichsgetriebes und letztendlich
eine Kraftstoffeinsparung und Emissionsreduktion des Kraftwagens,
in welchem ein solches Ausgleichsgetriebe Anwendung findet, erzielt.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung
näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes
und
-
2 eine
Schnittansicht durch das in 1 gezeigte
Getriebe mit mehreren exemplarischen Anbindungspunkten für Auswuchtungselemente.
-
3 eine
schematische Darstellung eines Auswuchtelements mit integriertem
Lotdepot
-
1 zeigt
eine perspektivische, angeschnittene Darstellung eines Teils eines
Differenzialgetriebes 10 mit einem Differenzialkorb 12 und
einem mit diesen verbundenen Kegelrad 14. Beide Teile sind
drehbar gelagert, so dass zum Senken der Belastung der jeweiligen
Lager eine Auswuchtung der Teile nötig wird. Hierzu wurde dem
Stand der Technik entsprechend bislang Zusatzmaterial beim Urformen, in
der Regel beim Giessen, der Bauteile angebracht. Dieses Zusatzmaterial
umlief die Bauteile in der Regel radial und wurde zum Auswuchten
der Bauteile spanend an entsprechenden Stellen abgetragen.
-
Um
die Nachteile durch zusätzliches
Gewicht und damit ein höheres
Trägheitsmoment
der so gestalteten Bauteile zu vermeiden, zeigt 1 die
erfindungsgemäße Möglichkeit
des Auswuchtens durch Auswuchtungselemente, die in verschiedenen Auswuchtungsbereichen 18 am
Kegelrad 14 und 20 am Differenzialkorb 12 angebracht
und mit diesen stoffschlüssig
verbunden werden können.
Der Stoffschluss kann dabei durch verschiedene Schweiß-, Löt- oder
Klebverfahren erzeugt werden.
-
2 zeigt
das gleiche Ausgleichsgetriebe nochmal in einer Schnittdarstellung
entlang der Achse II-II. Hier ist insbesondere zu erkennen, welche Freiheitsgrade
bei der Anbringung der Auswuchtungselemente 16 zur Verfügung stehen.
Hierbei sind zunächst
Verschiebungen entlang des Pfeiles 22, also bezüglich des
Abstandes von der Rotationssymmetrieachse 24 des Ausgleichsgetriebes 10 möglich. Weiterhin
sind Verschiebungen entlang des Umfangs entlang der Pfeile 26 und 28,
sowie 30 möglich.
Die jeweiligen exakten wünschenswerten
Positionen der Auswuchtungselemente 16 sind durch vorheriges Vermessen
der Unwuchten des Ausgleichsgetriebes 10 zu bestimmen.
-
Das
Aufbringen der Auswuchtungselemente 16 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ermöglicht
ein Auswuchten des Ausgleichsgetriebes 10, bei welchem
keine überschüssigen Massen
am Ausgleichgetriebe 10 vorgehalten werden müssen, so dass
das Ausgleichsgetriebe leichter und mit geringerem Trägheitsmoment
ausführbar
wird. Hierdurch wird Kraftstoff eingespart und die Emissionen des Kraftwagens
gesenkt.
-
3 zeigt
schließlich
eine Draufsicht auf die Stirnfläche 32 eines
scheibenförmigen
Auswuchtelements 16. In der Stirnfläche 32 ist in einer
ringförmigen
Nut 34 ein Lotdepot 36 vorgehalten. Beim Auswuchten
kann das Auswuchtelement 16 also an die entsprechende Stelle
des auszuwuchtenden Bauteiles positioniert werden, wobei durch Erhitzen
des Auswuchtelements 16 das Lot im Lotdepot 36 verflüssigt wird
und so das Auswuchtelement 16 stoffschlüssig festlegt. Da das Lot im
Lotdepot 36 bereits vorgehalten ist, kann das Gewicht des
Auswuchtelementes 16 exakt vorgegeben werden, ohne das
beim Auswuchten ein Gewichtszuwachs beziehungsweise Gewichtsverlust
durch hinzugefügtes
oder verloren gegangenes Lot berücksichtigt
werden muss. Das Auswuchten kann so besonders einfach und präzise durchgeführt werden.