DE102011083604A1

DE102011083604A1 - Gehäuse für ein Stirnraddifferenzial und Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Stirnraddifferenzial

Info

Publication number: DE102011083604A1
Application number: DE102011083604A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-03-28
Also published as: CN203214842U

Abstract

Es ist ein Gehäuse (10) für ein Stirnraddifferenzial (1) und ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (10) für ein Stirnraddifferenzial offenbart. Aus mindestens zwei Gehäuseteilen (2, 4) besteht das Gehäuse (10). Das Ausgangsmaterial (5) für die Gehäuseteile (2, 4) ist aus mindestens zwei Lagen (11, 12) eines Grundmaterials (14, 15) gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Stirnraddifferenzial. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Gehäuse für ein Stirnraddifferenzial, das aus mindestens zwei Gehäuseteilen besteht. Die Gehäuseteile sind dabei durch einen Umformprozess gebildet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Stirnraddifferenzial.
Hintergrund der Erfindung
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 004 709 A1 ist ein Stirnraddifferenzial offenbart, dessen Gehäuse aus einem topfförmigen Gehäuseabschnitt und einem scheibenförmigen Gehäuseabschnitt gebildet ist. Der topfförmige Gehäuseabschnitt und der scheibenförmige Gehäuseabschnitt sind über eine Schraube miteinander verbunden, so dass die Bauteile des Stirnraddifferenzials im Gehäuse eingeschlossen sind.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 004 712 A1 offenbart ebenfalls ein Stirnraddifferenzial mit einem mindestens zweiteiligen Gehäuse. Ein erster Gehäuseabschnitt und ein zweiter Gehäuseabschnitt und ein Befestigungsabschnitt des Antriebsrades sind mittels eines Befestigungsmittels axial aneinander befestigt. Die Gehäuseabschnitte, sowie das Antriebsrad sind dabei in Umfangsrichtung gegeneinander drehfest geführt und zur Drehachse aneinander zentriert.
Aus der internationalen Patentenmeldung WO 2011/003747A2 ist ein Stirnraddifferenzial offenbart, das zwei Stegabschnitte besitzt. Die Stegabschnitte liegen dabei mit den Seitenflächen der flachen Bereiche axial aneinander und bilden so einen gemeinsamen Steg aus. Die Ausformungen beider Stegabschnitte bilden ein Gehäuse von dem die Sonnen und die Planeten der Planetenräder teilweise eingekapselt sind.
Aufgabe der Erfindung ist, ein gewichtsreduziertes Gehäuse für ein Stirnraddifferenzial zu schaffen, das dennoch die erforderliche mechanische Stabilität besitzt. Hinzu kommt, dass das Gehäuse für das Stirnraddifferenzial energieeffizient hergestellt werden soll.
Die obige Aufgabe wird durch ein Gehäuse für ein Stirnraddifferenzial gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Stirnraddifferenzial zu schaffen, das eine Reduzierung des Gewichts aufweist und dennoch die für den Betrieb des Stirnraddifferenzials erforderliche mechanische Stabilität besitzt.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Stirnraddifferenzials gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 10 besitzt.
Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Stirnraddifferenzials ist aus mindestens zwei Gehäuseteilen aufgebaut. Die Gehäuseteile werden durch einen Umformprozess gebildet. Das Ausgangsmaterial für die Gehäuseteile besteht aus mindestens zwei Lagen eines Grundmaterials. Die mindestens zwei Lagen des Grundmaterials können aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen, der sich jedoch hinsichtlich der Materialeigenschaften unterscheidet. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die mindestens zwei Lagen aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen.
Zwischen zwei aufeinander folgenden Lagen des Grundmaterials kann eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die bevorzugter Weise aus Kunststoff besteht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäuses für das Stirnraddifferenzial bestehen die Gehäuseteile aus einer ersten Lage und einer zweiten Lage. Die zweite Lage des Gehäuseteils für das Stirnraddifferenzial, die eine Innenseite des Gehäuses definiert, besitzt eine geringere Festigkeit, als die erste Lage des Gehäuseteils für das Stirnraddifferenzial, die eine Außenseite definiert.
Die erste Lage des Gehäuseteils für das Stirnraddifferenzial, die die Außenseite des Gehäuses definiert, ist dünner als die zweite Lage des Gehäuseteils für das Stirnraddifferenzial, die die Innenseite definiert.
Im Zuge des Umformprozesses zur Herstellung der Gehäuseteile aus dem Grundmaterial können ebenfalls Durchbrüche in den einzelnen Gehäuseteilen ausgebildet werden. Die Durchbrüche werden dabei derart ausgebildet, dass die erste Lage eine Hülse des Durchbruchs bildet und sich durch die gesamte Wandstärke oder zumindest die gesamte Wandstärke des jeweiligen Gehäuseteils erstreckt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Stirnraddifferenzial zeichnet sich dadurch aus, dass ein Grundmaterial für Gehäuseteile des Gehäuses aus mindestens zwei Lagen eines Materials gebildet wird. Die mindestens zwei Lagen für die Gehäuseteile unterscheiden sich dabei hinsichtlich der Materialeigenschaften. In einem Umformprozess werden aus dem Grundmaterial die Gehäuseteile für das Gehäuse geformt. Die geformten Gehäuseteile sind derart ausgebildet, dass eine erste Lage des Grundmaterials eine höhere Festigkeit besitzt als eine zweite Lage des Grundmaterials. Die zweite Lage des Grundmaterials bildet dabei die Innenseite des Gehäuseteils.
Mindestens ein Durchbruch wird in den Gehäuseteilen ausgebildet. Die erste Lage des Grundmaterials, welche eine höhere Festigkeit besitzt, bildet eine Hülse, die sich zumindest teilweise durch die Wandstärke der Gehäuseteile erstreckt. Letztendlich werden die einzelnen Gehäuseteile zum Gehäuse miteinander verbunden.
Der Vorteil der gegenwärtigen Erfindung ist, dass man Gewichtseinsparungen bei einem Stirnraddifferenzial nur dann erzielen kann, wenn man die Wandstärke des Gehäuses, bzw. das Gewicht des gesamten Stirnraddifferenzials nicht zu groß werden lässt. Daher wird in der Regel auf dünnwandige zu groß werden lässt. Daher wird in der Regel auf dünnwandige Umformteile zurückgegriffen. Dies hat einen zusätzlichen Vorteil, da eine geringere Presskraft bei der Umformung benötigt wird.
Das Grundmaterial für die Gehäuseteile des Stirnraddifferenzials besteht dabei aus mindestens zwei Lagen. Alternativ können die beiden Lagen aus dem gleichen Stahl bestehen. Ferner können die beiden Lagen aus unterschiedlichen Legierungen, wie z. B. 16 MnCr5 oder 100 Cr6, bestehen. Durch unterschiedliche Blechstärken wird eine Umformung ermöglicht. Dabei verhindert das zähere Material Dauerbrüche und das festere Material mindert den Verschleiß. Die Gehäuseteile aus diesem Sandwich-Blech sind unempfindlicher gegen Rissbildung.
Um die Innenverzahnung des Stirnraddifferenzials und auch das Hauptantriebsrad gegenüber dem Getriebegehäuse akustisch abzuschirmen, bietet sich die Verwendung einer Kunststoffschicht als Lage zwischen aufeinander folgenden Lagen an. Diese Kunststofflage besitzt lediglich Folienstärke, trägt aber dennoch zur Dämpfung der Verzahnungsgeräusche bei.
Sofern die Aufnahmen für die Planetenradlagerungen oder Fügeelemente, wie z. B. Nieten oder Schrauben, spanlos hergestellt werden, so bietet sich an, die zähere Lage des Sandwich durchzustellen. Dies bedeutet, dass der Stempel beim Umformprozess zunächst durch die festere und dünnere Lage aus dem Stahlmaterial dringt. Folglich bestehen die Wandungen, bzw. Hülsen der Bohrungen oder Durchbrüche dann aus dem hochfesten Material. Generell wäre auch die Verwendung eines Aluminium-Stahl-Sandwichs denkbar, bei dem das Aluminium lediglich zur Gestaltsteifigkeit beiträgt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Stirnraddifferenzials, das ein Gehäuse aufweist, welches aus mindestens zwei Materiallagen gebildet ist;
2 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Gehäuses, welches das Stirnraddifferenzial umgibt, wobei in den Gehäuseteilen ein Durchbruch für einen Planetenbolzen ausgebildet ist;
3 eine schematische Darstellung des Grundmaterials, das aus einer ersten Lage und einer zweiten Lage besteht, zwischen denen eine Zwischenschicht vorgesehen ist; und
4 eine schematische Darstellung der Ausbildung eines Durchbruchs zur Verbindung des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Stirnraddifferenzial 1, das von dem erfindungsgemäßen Gehäuse 10 umgeben ist. Das erfindungsgemäße Gehäuse 10 umschließt dabei zumindest teilweise die erste Sonne 24 und die zweite Sonne 25 des Stirnraddifferenzials 1. Die erste Sonne 24 und die zweite Sonne 25 sind um eine zentrale Achse 26 angeordnet. Die erste Sonne 24 und die zweite Sonne 25 sind dabei in zahnendem Eingriff mit mehreren Sätzen von Planetenrädern 28. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Bauteile des Stirnraddifferenzials 1 von einem ersten Gehäuseteil 2 und einem zweiten Gehäuseteil 4 umgeben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass sich das erfindungsgemäße Gehäuse 10 auch aus mehr als zwei Gehäuseteilen 2, 4 zusammensetzen kann.
Das erste Gehäuseteil 2 und das zweite Gehäuseteil 4 sind topfförmig ausgebildet. Die Gehäuseteile 2, 4 bestehen aus mindestens einer ersten Lage 11 und einer zweiten Lage 12 eines metallischen Werkstoffs. Zwischen der ersten Lage 11 und der zweiten Lage 12 kann eine Zwischenschicht 8 vorgesehen sein. Wie bereits erwähnt, dient die Zwischenschicht 8 zur Geräuschreduzierung. Im ersten Gehäuseteil 2 und im zweiten Gehäuseteil 4 können Durchbrüche ausgebildet sein, die bei der in 1 gezeigten Ausführungsform z. B. zur Aufnahme eines Plantetenbolzens 30 dienen. Der Planetenbolzen 30 ist dabei im ersten Gehäuseteil 2 und im zweiten Gehäuseteil 4 aufgenommen. Ebenso können Durchbrüche 18 ausgebildet sein, die zur Verbindung des ersten Gehäuseteils 2 mit dem zweiten Gehäuseteil 4 dienen. Als Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und dem zweiten Gehäuseteil 4 sind Schrauben 31 und/oder Nieten denkbar.
2 zeigt eine Detailansicht des Stirnraddifferenzials 1, welches von dem erfindungsgemäßen Gehäuse 10 umgeben ist. Wie bereits in der Beschreibung zu 1 erwähnt, sitzen die Planetenräder 28 auf dem Planetenbolzen 30. Zur Aufnahme der Planetenbolzen 30 ist im ersten Gehäuseteil 2 und im zweiten Gehäuseteil 4 jeweils ein Durchbruch 18 ausgebildet. Der Planetenbolzen 30 sitzt im Durchbruch 18 des ersten Gehäuseteils 2 und des zweiten Gehäuseteils 4 jeweils mit einer Hülse 33. Der Durchbruch 18 für den Planetenbolzen 30 erstreckt sich dabei durch die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 eines jeden Gehäuseteils 2, 4. Der Zahnkranz 32 des Antriebsrades ist mit dem Stirnraddifferenzial 1 verbunden. Die erste Sonne 24 und die zweite Sonne 25 sind vom ersten Gehäuseteil 2 und vom zweiten Gehäuseteil 4 umgeben. An jeder Innenseite 16 des ersten Gehäuseteils 2 und des zweiten Gehäuseteils 4 (siehe 1) sind mehrere Führungs-Lagerelemente 34 angebracht, die mit der ersten Sonne 24 bzw. der zweiten Sonne 25 zusammenwirken. Die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 können sich hinsichtlich ihrer Festigkeit und hinsichtlich ihrer Wandstärke unterscheiden. Die erste Lage 11 des jeweiligen Gehäuseteils 2, 4 für das Stirnraddifferenzial, welche die Außenseite 17 bildet, besitzt eine größere Festigkeit als das Material der zweiten Lage des Gehäuseteils 2, 4, welches die Innenseite 16 definiert.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Grundmaterials 14 der ersten Lage 11 und des Grundmaterials 15 der zweiten Lage 12. Zwischen der ersten Lage 11 und der zweiten Lage 12 ist eine Zwischenschicht 8 vorgesehen. Wie bereits erwähnt, kann die Zwischenschicht 8 aus Kunststoff bestehen und als Dämpfung bei der Geräuschentwicklung des Stirnraddifferenzials 1 wirken. Das Ausgangsmaterial für die Gehäuseteilung 2, 4 ist in der Regel ein flächiges Ausgangsmaterial, das mittels des Umformprozesses in die für die Gehäuseteile 2, 4 erforderliche Form gebracht wird. Das Ausgangsmaterial 5 für die Gehäuseteile 2, 4 umfasst somit wenigstens eine erste Lage 11 des Grundmaterials 14 und eine zweite Lage 12 des Grundmaterials 15.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines mittels des Umformprozesses ausgebildeten Durchbruchs 18 durch die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 eines Gehäuseteils 2, 4. Die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 besitzen jeweils eine Wandstärke 22. Es ist selbstverständlich, dass sich die erste Lage 11 und die zweite Lage 12 hinsichtlich der Wandstärke 22 unterscheiden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Lage 11 des Gehäuseteils 2, 4 für das Stirnraddifferenzial 1, die die Außenseite 17 definiert, dünner ausgebildet als die zweite Lage 12 des Gehäuseteils 2, 4 für das Stirnraddifferenzial 1, die die Innenseite 16 definiert. Der Durchbruch 18 wird dabei derart ausgebildet, dass die erste Lage 11 eine Hülse 20 ausbildet, die sich durch die Wandstärke 22 des jeweiligen Gehäuseteils 2, 4 erstreckt.
Bezugszeichenliste

1: Stirnraddifferenzial
2: Gehäuseteil
4: Gehäuseteil
5: Ausgangsmaterial
8: Zwischenschicht
10: Gehäuse
11: erste Lage
12: zweite Lage
14: Grundmaterial
15: Grundmaterial
16: Innenseite
17: Außenseite
18: Durchbrüche
20: Hülse
22: Wandstärke
24: erste Sonne
25: zweite Sonne
26: zentrale Achse
28: Satz Planetenräder
30: Planetenbolzen
31: Verbindung
32: Zahnkranz des Antriebsrades
33: Hülse
34: Führungs-, Lagerelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007004709 A1 [0003]
DE 102007004712 A1 [0004]
WO 2011/003747 A2 [0005]

Claims

Gehäuse (10) für ein Stirnraddifferenzial (1), das aus mindestens zwei Gehäuseteilen (2, 4) besteht, wobei die Gehäuseteile durch einen Umformprozess gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (5) für die Gehäuseteile (2, 4) aus mindestens zwei Lagen (11, 12) eines Grundmaterials (14, 15) gebildet ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Lagen (11, 12) des Grundmaterials (14, 15) aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen und sich hinsichtlich der Materialeigenschaften unterscheiden.
Gehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Lagen (11, 12) aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen.
Gehäuse (10) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei zwischen zwei aufeinander folgenden Lagen (11, 12) des Grundmaterials (14, 15) eine Zwischenschicht (8) vorgesehen ist
Gehäuse (10) nach Anspruch 4, wobei die Zwischenschicht (8) aus Kunststoff ist.
Gehäuse (10) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei die Gehäuseteile (2, 4) für das Stirnraddifferenzial (1) eine erste Lage (11) und eine zweite Lage (12) umfassen.
Gehäuse (10) nach Anspruch 6, wobei die zweite Lage (12) des Gehäuseteils (2, 4) für das Stirnraddifferenzial (1), die eine Innenseite (16) definiert, eine geringere Festigkeit besitzt als die erste Lage (11) des Gehäuseteils (2, 4) für das Stirnraddifferenzial (1), die eine Außenseite (17) definiert.
Gehäuse (10) nach Anspruch 7, wobei die erste Lage (11) des Gehäuseteils (2, 4) für das Stirnraddifferenzial (1), die die Außenseite (17) definiert, dünner ist als die zweite Lage (12) des Gehäuseteils (2, 4) für das Stirnraddifferenzial (1), die die Innenseite (16) definiert.
Gehäuse (10) nach Anspruch 6, wobei Durchbrüche (18) in den Gehäuseteilen (2, 4) derart ausgebildet sind, dass die erste Lage (11) eine Hülse (20) des Durchbruch (18) bildet und sich durch eine Wandstärke (22) des jeweiligen Gehäuseteils (2, 4) erstreckt.
Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (10) für ein Stirnraddifferenzial (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass ein Grundmaterial (14, 15) für Gehäuseteile (2, 4) des Gehäuses (10) aus mindestens zwei Lagen (11, 12) aus Material mit unterschiedlichen Materialeigenschaften gebildet wird; • dass in einem Umformprozess aus dem Grundmaterial (14, 15) die Gehäuseteile (2, 4) für das Gehäuse (10) derart geformt werden, dass eine erste Lage (11) des Grundmaterials eine höhere Festigkeit besitzt als eine zweite Lage (12) des Grundmaterials, die eine Innenseite (16) des Gehäuseteils (2, 4) wird; • dass mindestens ein Durchbruch (18) in den Gehäuseteilen (2, 4) derart ausgebildet wird, dass die erste Lage (11) des Grundmaterials (15) mit der höheren Festigkeit eine Hülse (20) bildet, die sich zumindest teilweise durch die Wandstärke (22) des jeweiligen Gehäuseteils (2, 4) erstreckt; und • dass die Gehäuseteile (2, 4) zum Gehäuse (10) verbunden werden.