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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses sowie ein Gehäuse der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
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Steigende Drehmomente in Pkw-Antriebssträngen bei gleichzeitigen Leichtbauanforderungen machen eine anforderungsgerechte Bauteilgestaltung bei Getriebegehäusen erforderlich, die auch eine optimale Werkstoffwahl umfasst. Getriebegehäuse moderner Automatikgetriebe werden heute daher teilweise aus Magnesiumlegierungen hergestellt. Einzelne angegossene Funktionselemente sind dabei teilweise großen Belastungen ausgesetzt, die bis zum Werkstoffversagen führen können.
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Die
DE 10 2005 015 186 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses, insbesondere eines Getriebegehäuses für einen Kraftwagen. Dabei wird ein Gehäuseteil mit zumindest einem Verstärkungsteil versehen, um das Gehäuse auszubilden. Bei dem Verstärkungsteil handelt es sich um ein eingegossenes Verstärkungselement. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass eine ausreichend starke Anbindung zwischen dem Gehäuseteil und dem Verstärkungsteil nicht immer zuverlässig gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann es durch die eingegossenen Verstärkungselemente zu Problemen beim Packaging kommen, da durch die eingegossenen Verstärkungselemente die Wanddicken des Gehäuses vergrößert werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, sodass ein Gehäuse, insbesondere ein Getriebegehäuse für einen Kraftwagen, bereitgestellt werden kann, welches eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses sowie durch ein Gehäuse mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein besonders stabiles Gehäuse, insbesondere ein Getriebegehäuse für einen Kraftwagen, bereitstellen zu können, welches zudem auch ein geringes Gewicht aufweist, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das Gehäuseteil und das Verstärkungsteil mittels Rührreibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Das Gehäuseteil kann beispielsweise aus einem Leichtmetall wie Magnesium oder Aluminium hergestellt werden. Das Verstärkungsteil wird vorzugsweise aus einem höherfesten Werkstoff, insbesondere aus Stahl oder aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Siliziumanteil von bis zu 35 Prozent, hergestellt. Derartige Aluminium-Silizium-Legierungen sind auch unter dem Namen Dispal bekannt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen unterschiedlichen metallischen Bauteilen, aber auch zwischen metallischen und nichtmetallischen Bauteilen zu erzielen. Durch die stoffschlüssige Verbindung kann ein besonders festes und somit stabiles Gehäuse bereitgestellt werden. Das Gehäuse kann dabei auf einfache Weise Leichtbauanforderungen genügen, indem eine anforderungsgerechte Werkstoffkombination gewählt wird. Ferner muss die durch das Rührreibschweißen hergestellte Schweißbahn nicht durchgängig sein. Beispielsweise ist es möglich, segmentweise jeweilige Schweißbahnen herzustellen. Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Gehäuse kann dabei besonders hohe Drehmomente übertragen, da insbesondere mittels des vorgesehenen Verstärkungsteils eine entsprechende Festigkeitssteigerung des Gehäuses erzielt werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungsteil vor dem Rührreibschweißen koaxial innerhalb des Gehäuseteils angeordnet, insbesondere in dieses eingepresst, wird. Das Gehäuse und das Verstärkungsteil können dabei beispielsweise zylindrisch ausgebildet sein, also einen ringförmigen Querschnitt aufweisen. Dadurch, dass das Verstärkungsteil vor dem Rührreibschweißen koaxial innerhalb des Gehäuseteils angeordnet, insbesondere in dieses eingepresst, wird, kann eine besonders exakte und wunschgemäße Positionierung des Verstärkungsteils gegenüber dem Gehäuseteil vor dem Rührreibschweißen sichergestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jeweilige Fügestellen im Gehäuseteil und am Verstärkungsteil, an welchem die beiden Teile miteinander gefügt werden, vor dem Rührreibschweißen vorbearbeitet, insbesondere zerspant, werden. Dadurch kann eine besonders zuverlässige und feste Anbindung zwischen dem Gehäuseteil und dem Verstärkungsteil sichergestellt werden, wobei auch eine wunschgemäße Spaltbreite zwischen dem Gehäuseteil und dem Verstärkungsteil vor dem Rührreibschweißen sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zum Verbinden des Gehäuseteils mit dem Verstärkungsteil eine in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufende Schweißbahn durch Rührreibschweißen hergestellt wird. Je nachdem, welchen Belastungen das Gehäuse ausgesetzt sein wird, können die durch Rührreibschweißen herzustellenden Schweißbahnen so gewählt werden, dass eine besonders belastungsangepasste Verbindung zwischen dem Gehäuseteil und dem Verstärkungsteil realisiert wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Rührreibschweißens das Gehäuseteil und das Verstärkungsteil in einer vorgegebenen Fügeanordnung mittels einer Vorrichtung gespannt gehalten werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Gehäuseteil und das Verstärkungsteil während des Rührreibschweißens in ihrer bestimmungsgemäßen Relativpositionierung zueinander gehalten werden, sodass entsprechend mittels des Rührreibschweißens herzustellende Schweißbahnen besonders exakt gefertigt werden können.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse, insbesondere Getriebegehäuse für einen Kraftwagen, umfasst ein Gehäuseteil und zumindest ein Verstärkungsteil, wobei sich das erfindungsgemäße Gehäuse dadurch auszeichnet, dass das Gehäuseteil und das Verstärkungsteil mittels Rührreibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses anzusehen.
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Neben dem Ziel einer verstärkenden Funktion durch die erfindungsgemäße Ausführung, kann auch der Vorteil einer dämpfenden Wirkung erzielt werden. Dabei steht insbesondere die Dämpfung von Schwingungen im Vordergrund, die zur Verringerung von Geräuschen oder von Verschleiß beitragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Querschnittsansicht eines teilweise dargestellten Getriebegehäuses für einen Kraftwagen, welches in radialer Richtung ein äußeres Gehäuseteil und ein inneres Verstärkungsteil aufweist; und in
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2 eine schematische Seitenschnittansicht, in welcher das Gehäuse teilweise dargestellt ist, während das außenliegende Gehäuseteil durch Rührreibschweißen mit dem Verstärkungsteil stoffschlüssig verbunden wird.
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Ein Getriebegehäuse 10 für einen Kraftwagen ist in einer schematischen Querschnittsansicht teilweise gezeigt. Das Getriebegehäuse 10 umfasst ein radial gesehen außenliegendes Gehäuseteil 12 und ein in radialer Richtung innenliegend angeordnetes Verstärkungsteil 14. Sowohl das Gehäuseteil 12 als auch das Verstärkungsteil 14 weisen jeweils einen kreisringförmigen Querschnitt auf, wobei das Gehäuseteil 12 und das Verstärkungsteil 14 koaxial zueinander angeordnet sind.
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Das Gehäuseteil 12 kann beispielsweise aus einem Leichtmetall wie Magnesium oder Aluminium hergestellt sein. Das Verstärkungsteil 14 ist vorzugsweise aus einem höherfesten Werkstoff, beispielsweise aus Stahl oder aus einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Siliziumanteil von bis zu 35 Prozent hergestellt. Bei dem Getriebegehäuse 10 handelt es sich mit anderen Worten also um eine Art Gehäuseverbund, der das Gehäuseteil 12 und das Verstärkungsteil 14 umfasst.
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Vor dem Fügen des Gehäuseteils 12 mit dem Verstärkungsteil 14 werden die beiden Teile 12, 14 vorzugsweise im Bereich einer späteren Verbindungszone 16 zerspanend vorbearbeitet, sodass die beiden Teile 12, 14 passgenau zueinander angeordnet werden können. Anschließend wird das als Inlay dienende Verstärkungsteil 14 in das Gehäuseteil 12 eingepresst, wobei vorzugsweise ein maximaler Spalt in radialer Richtung zwischen 0,1 und 0,2 Millimetern zwischen den beiden Teilen 12, 14 vorhanden ist. Sobald das Verstärkungsteil 14 in das Gehäuseteil 12 eingepresst worden ist, werden die beiden Teile 12, 14 mittels einer hier nicht gezeigten Vorrichtung vorgespannt gehalten.
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Anschließend wird ein Rührwerkzeug 18 derart zugeführt, dass das Gehäuseteil 12 und das Verstärkungsteil 14 mittels Rührreibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Das Rührwerkzeug 18 wird dabei derart bewegt beziehungsweise geführt, dass das den äußeren Mantel des Getriebegehäuses 10 bildende Gehäuseteil 12 durchdrungen wird und das Rührwerkzeug 18 teilweise in das Verstärkungsteil 14 eintaucht.
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Wie in 1 angedeutet, kann das Rührwerkzeug 18 dabei in Umfangsrichtung φ des Getriebegehäuses 10 geführt werden, sodass durch das Rührreibschweißen eine in Umfangsrichtung φ verlaufende Schweißbahn hergestellt wird. Die durch das Rührreibschweißen hergestellte Schweißbahn muss dabei nicht zwangsläufig durchgängig sein. Stattdessen ist es auch möglich, dass das Gehäuseteil 12 und das Verstärkungsteil 14 beispielsweise segmentweise durch mehrere Schweißbahnen mittels Rührreibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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In 2 ist das Getriebegehäuse 10 in einer schematischen Seitenschnittansicht teilweise dargestellt. Das Rührwerkzeug 18 kann alternativ oder zusätzlich auch in axialer Richtung z des Getriebegehäuses 10 geführt werden, sodass durch das Rührreibschweißen alternativ oder zusätzlich eine in axialer Richtung z verlaufende Schweißbahn hergestellt wird. Diese Schweißbahn kann dabei ebenfalls entweder durchgängig oder segmentweise, also durch Herstellung mehrerer einzelner Schweißbahnen, hergestellt werden.
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Ein Start- und Endpunkt der Schweißbahn oder der Schweißbahnen können dabei anforderungsgerecht gewählt werden, sodass je nach später zu erwartenden Belastungen an dem Getriebegehäuse 10 entsprechend viele und entsprechend ausgebildete Schweißbahnen durch das Rührreibschweißen hergestellt werden. Durch die stoffschlüssige Verbindung des Gehäuseteils 12 mit dem Verstärkungsteil 14 wird ein Getriebegehäuse 10 bereitgestellt, welches besonders hohen Drehmomenten standhalten kann. Darüber hinaus kann durch eine anforderungsgerechte Wahl der Materialien des Gehäuseteils 12 und des Verstärkungsteils 14 zudem ein besonders leichtes Getriebegehäuse 10 bereitgestellt werden. Denn durch das Rührreibschweißen ist es möglich, unterschiedliche metallische Bauteile aber auch metallische mit nichtmetallischen Bauteilen zu kombinieren, um das Getriebegehäuse 10 herzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005015186 A1 [0003]
