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Die Erfindung betrifft ein Leichtbaudifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Antriebszahnrad, an dessen Innenumfang verteilt mehrere Ausgleichszahnräder befestigt sind, welche zur Übertragung einer Antriebskraft auf Antriebsräder des Fahrzeuges in zwei senkrecht zueinander angeordnete Kronenräder eingreifen, wobei jedes Ausgleichszahnrad eine Radachse zum Toleranzausgleich der angetriebenen Räder aufweist
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Aus der
DE 10 2014 000 499 A1 ist ein Differentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einem hohlförmigen Antriebszahnrad, das zur Drehmomenteinleitung vorgesehen ist und einen zur Lagerung des Antriebszahnrades vorgesehenen Antriebsradträger, der dazu vorgesehen ist, das Antriebszahnrad axial beidseitig abzustützen und der zumindest ein Trägerelement mit einer radial außenliegenden Stützstelle zur Aufnahme des Antriebszahnrads und eine radial innenliegende Lagerstelle zur Lagerung gegenüber einer Abtriebswelle aufweist. Am Innendurchmesser des Antriebszahnrades sind in vorgegebenen Abständen Ausgleichszahnräder mit Lagerzapfen, die auch als Radachsen bezeichnet werden, angeordnet. Die Herstellung einer Vielzahl von nach innen gerichteten Radachsen am umfänglichen Antriebszahnrad ist jedoch problembehaftet, da sehr große Fertigungstoleranzen auftreten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leichtbaudifferentialgetriebe für ein Kraftfahrzeug und eine Schweißvorrichtung anzugeben, bei welchen die Fertigungstoleranzen der Radachsen minimiert werden.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe ist mit einem Leichtbaudifferentialgetriebe dadurch gelöst, dass jede bolzenförmig ausgebildete Radachse an einem Innenumfang des Antriebsrades mittels eines Buckelschweißverfahrens gefügt ist. Durch dieses Buckelschweißverfahren werden die Fertigungstoleranzen der Radachsen minimiert. Die Radachsen der an dem Antriebszahnrad befestigten Ausgleichsräder werden nicht nur kostengünstig mit dem Antriebszahnrad verbunden, sondern es wird auch eine Gewichtseinsparung von mehreren hundert Gramm ermöglicht, eine Versteifung mittels Verbindungsteilen entfallen kann.
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Vorteilhafterweise weist die Radachse einen elektrisch isolierten Schaft auf, an welchen sich eine den Schaft querschnittsmäßig überragende Schulter anschließt, die in Richtung des Antriebszahnrades kegelstumpfförmig ausgebildet ist und in einer Abflachung endet, welche mit dem Antriebszahnrad verschweißt ist. Der Schaft stellt dabei eine Spannfläche für die Halterung der Radachse dar und dient der Führung der Radachse während des Buckelschweißverfahrens. Die Schulter ist elektrisch leitend, was der Schweißstrom- und somit Schweißkraftübertragung dient. Die Abflachung ist insbesondere dahingehend von Bedeutung, dass die Radachse mit einer ebenen Fläche auf der Innenseite des Antriebszahnrades aufliegt. Dadurch wird eine besonders feste Schweißverbindung erzielt.
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In einer Ausgestaltung ist eine dem Schaft der Radachse zugewandte Schulterfläche größer als eine beim Buckelschweißverfahren zu erzeugende Schweißlinsenfläche. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird die Kerbwirkung während des Buckelschweißverfahrens verringert, was die Beanspruchbarkeit der Schweißverbindung verbessert.
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Diese Wirkung wird zusätzlich unterstützt, wenn die Schweißlinsenfläche größer ist als eine Querschnittsfläche des Schaftes. Durch die Radachsengeometrie werden die geforderte Winkelgenauigkeit der Radachse sowie die Betriebsbeanspruchbarkeit der widerstandsbuckelgeschweißten Radachsen genauer eingestellt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zur Befestigung einer Radachse an einem Antriebszahnrad eines Leichtbaudifferentialgetriebes, umfassend
- – einen axial beweglichen Schlitten mit einem Spannelement zur Aufnahme des Antriebszahnrades,
- – eine vertikal bewegliche, eine Elektrode umfassende Radachshalterung, die dem Spannelement vorgelagert ist,
- – eine unterhalb der Radachshalterung angeordnete Gegenelektrode zur Herstellung eines Stromkreislaufes mit der Elektrode der Radachshalterung zur Durchführung eines Buckelschweißverfahrens zur Befestigung einer bolzenförmigen Radachse an dem Antriebszahnrad, wobei das ringförmige Antriebszahnrad zwischen der Radachshalterung und der Gegenelektrode einspannbar ist, und
- – eine Stromzuführung.
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Eine solche Schweißvorrichtung ermöglicht eine spezielle Schweißstromführung für ein Buckelschweißverfahren, wobei gleichzeitig durch hochpräzise Spann- und Fixiervorrichtungen eine Kraftübertragung zwischen der Radachse und dem Antriebszahnrad gegeben ist.
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In einer Variante weist die Radachshalterung in Richtung der Gegenelektrode einen Spannkegel zur Aufnahme der Radachse auf. Der Spannkegel erlaubt eine gezielte Positionierung der Radachse auf dem Antriebszahnrad und ist an die Tellerform der Radachse angepasst, was ein zuverlässiges Anpressen bei gleichzeitiger Bestromung der Radachse an das Antriebszahnrad erlaubt.
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Vorteilhafterweise ist die Radachshalterung als Spannzange zur mechanischen Halterung der Radachse ausgebildet, wobei ein an einem vertikal beweglichen Kolben gelagerter Konus mit einem feststehenden Konus zur Befestigung und zum Freigeben der Radachse in einer Wirkverbindung steht. Durch diese einfache Funktionsweise zwischen dem feststehenden und dem beweglich gelagerten Konus lässt sich die Radachse zum Schweißvorgang einfach arretieren und nach dem Schweißvorgang problemlos freigeben.
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In einer Ausführungsform ist der Spannkegel zur Aufnahme der Radachse von der Elektrode gebildet ist, die den an dem Kolben gelagerten beweglichen Konus, an welchem die Radachse positionierbar ist, umfasst. Somit wird sowohl die Stromzuführung durch die Elektrode während des Widerstandsbuckelschweißens als auch die Befestigung der Radachse während des Schweißvorganges nur durch ein Bauteil zuverlässig gewährleistet.
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In einer Variante ist die Radachshalterung als Vakuumeinheit ausgebildet, wobei ein elektrisch isolierter Vakuumadapter partiell von der Elektrode umgeben ist. Eine solche Vakuumeinheit ist eine gegenüber der mechanischen Spannzange sehr einfach herzustellende Vorrichtung, welche trotzdem eine zuverlässige Befestigung der Radachse während des Schweißvorganges ermöglicht.
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In einer Weiterbildung ist der Spannkegel zur Aufnahme der Radachse von der Elektrode gebildet. Dadurch kann auf weitere Halteelemente verzichtet werden, da die Radachse lediglich durch das Vakuum gehalten wird.
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In einer Ausgestaltung ist eine Stromzuführung an der Gegenelektrode ausgebildet. Da die Gegenelektrode den einen Pol und die Elektrode den anderen Pol bildet, die nahe zueinander angeordnet sind, lässt sich die Stromführung auf einen begrenzten Bereich der Schweißeinrichtung eingrenzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leichtbaudifferentialgetriebes
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2 eine Prinzipdarstellung einer Geometrie der Radachse für das Widerstandsschweißbuckelverfahren,
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3 einen Querschnitt durch die Schweißgeometrie der Radachse,
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4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung,
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5 einen Schnitt durch einen Schlitten der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung gemäß 4
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6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Radachshalterung,
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7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Radachshalterung,
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8 ein Ausführungsbeispiel einer Gegenelektrode,
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9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schweißvorrichtung,
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10 einen Ausschnitt aus der Schweißvorrichtung gemäß 4.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leichtbaudifferentialgetriebes 1 dargestellt. Das Leichtbaudifferentialgetriebe dient im Fahrzeug als Achsdifferential zu dem Zweck, zwei Vorder- oder Hinterräder so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Ein solches Leichtbaudifferentialgetriebe 1 weist ein umfängliches Antriebszahnrad 2 auf. Am Innenumfang des Antriebszahnrades 2 sind in vorgegebenen 60°-Abständen sechs Ausgleichszahnräder 3 befestigt, welche über je eine Radachse 4 mit dem Antriebszahnrad 2 verschweißt sind. Die Ausgleichszahnräder 3 greifen in zwei senkrecht zueinander angeordnete Kronenzahnräder 5, 6 ein, wodurch die Vortriebskraft auf Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen wird. Die Radachsen 4 sind über ein Widerstandsbuckelschweißverfahren mit dem Antriebszahnrad 2 verbunden. Bei einem solchen Widerstandsbuckelschweißverfahren wird durch einen elektrischen Strom bei gleichzeitiger Einwirkung einer mechanischen Kraft, die auf die anzuschweißende Radachse 4 durch Elektroden übertragen wird, eine Schweißverbindung erzeugt.
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Um Fertigungstoleranzen der Radachsen 4 beim Schweißen zu minimieren, wird das Widerstandsbuckelschweißen angewandt, wozu die Radachse 4 gemäß 2 eine spezielle Form aufweisen. Die Radachse 4 besteht aus einem Schaft 7, der elektrisch isoliert ausgebildet ist, an welchem sich eine Schulter 8 anschließt, deren Außendurchmesser über den Außendurchmesser des Schaftes 7 hinausragt. Da der Schaft 7 elektrisch isoliert ist, kann über diesen kein Stromübergang erfolgen, und er dient nur zur Aufnahme als Spannfläche und Führung der Radachse 4 während des Schweißvorgangs. Die Radachse 4 ist beidseitig abgeflacht ausgebildet. Je nachdem wie lang der Schaft 7 der Radachse 4 ausgebildet ist, wird eine erhöhte Sicherheit beim Schweißvorgang realisiert
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An der dem Antriebszahnrad 2 zugewandten Seite der Schulter 8 ist ein Kegelstumpf 9 ausgebildet, welcher mit einer Abflachung 10 auf den Innenumfang des Antriebszahnrades 2 beim Schweißen aufgesetzt wird. Die Abflachung 10 ist in 2a im Zentrum der Schweißbuckelgeometrie verdeutlicht. Die elektrisch leitende Schulter 8 weist eine Schulterfläche 11 auf, die größer/gleich einer gewünschten während des Widerstandsbuckelschweißens zu erzeugenden Schweißlinse 12 ausgebildet ist. Durch diese Größenverhältnisse erfolgt ein zuverlässiger Schweißstrom- und Schweißkraftübertrag.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung der Aufbringung der Radachse 4 auf das Antriebszahnrad 2 gezeigt. Dabei findet im Bereich 13 die Radachsen-Buckelschweißung statt. Während des Schweißvorganges bildet sich die Schweißlinse 12, welche eine größere Fläche aufweist als eine Querschnittsfläche 14 des Schaftes 7. Dadurch wird eine Kerbwirkung verringert und eine erhöhte Beanspruchbarkeit bei Betrieb des Leichtbaudifferentialgetriebes 1 gewährleistet.
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In 4 ist eine Präzisionsschweißvorrichtung 15 gezeigt, mittels welcher das Buckelschweißverfahren zwischen der Radachse 4 und dem Antriebszahnrad 2 ausgeführt wird. Dazu besteht die Schweißvorrichtung 15 aus einem Schlitten 16, an welcher axial eine Spannvorrichtung 17 angeordnet ist, die in vorgegebenen Abständen Backen 18 aufweist, die das Antriebszahnrad 2 zentriert halten. Vor dem Antriebszahnrad 2 ist, wie in 4b verdeutlicht, eine Radachshalterung 19 befestigt, die höhenverstellbar ist und welche eine Elektrode 20 umfasst. Unterhalb der Radachshalterung 19 ist eine Gegenelektrode 21 positioniert. Der Schlitten 16 wird dabei in die Richtung X1 verfahren, während in die Richtung Z1 die Gegenelektrode 21 abheben kann. Die Führung der Elektrode 20 erfolgt in der Richtung Z2. Die Spannvorrichtung 17 weist eine Drehachse C1 auf, um die das Antriebszahnrad 2 in vorgegebenen Winkelabständen drehbar ist.
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5 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der Schweißvorrichtung 15 gemäß 4. Dabei ist ersichtlich, dass die Backen 18 einen Konus 22 aufweisen, um das Antriebszahnrad 2 zuverlässig auf dem Schlitten 16 zu halten. Die Spannvorrichtung 17 wird dabei pneumatisch entspannt, indem ein Kolben 23 axial bewegt wird. Über ein zusätzliches vorgespanntes Federelement 24 wird der Entspannungsvorgang der Spannvorrichtung 17 unterstützt.
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In 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Radlagerhalterung 19 dargestellt, welche als Spannzange ausgebildet ist. Vor dem Schweißvorgang wird die Radachse 4 in einen Spannkegel 25 eingesetzt, welcher von der Elektrode 20 und einem beweglichen Konus 26, der von einem Kolben 27 betätigt wird, gebildet ist. Der bewegliche Konus 26 wird zum Festsetzen der Radachse 4 gegen einen feststehenden Konus 28 gepresst. Die Elektrode 20 steht dabei im elektrischen Kontakt mit der Gegenelektrode 21. Durch den Kolben 27 wird je nach Bedarf der bewegliche Konus 26 in axiale Richtung betätigt, um die Radachse 4 zu fixieren oder freizugeben.
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Eine alternative Vorrichtung der Radachshalterung 19 ist in 7 gezeigt, wo die Radachshalterung 19 als Vakuumeinheit ausgebildet ist. Dabei wird der Spannkegel 25 nur durch die Elektrode 20 gebildet, welche die Radachse 4 und einen Teil eines Vakuumadapters 29 partiell umfasst. Über eine innerhalb des Vakuumadapters 29 ausgebildete Ansaugleitung 30 wird ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die Radachse 4 am Vakuumadapter 29 gehalten wird. Wird das Vakuum abgeschaltet, lässt sich die Radachse 4 einfach aus der Radachshalterung 19 entnehmen.
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In 8a ist die Gegenelektrode 21 dargestellt, die eine segmentförmige Aufnahme 31 für die Auflage der Spannvorrichtung 17 aufweist. Eine davor gelagerte Fläche 32 dient der Auflage für das Antriebszahnrad 2. Der Stromfluss erfolgt dabei über die Stirnseite 33, wobei die Kontaktfläche mit dem Innenumfang des Antriebszahnrades 2 ungefähr 10 cm2 bildet. Wie aus den 8b und 8c hervorgeht, ist das Antriebszahnrad 2 zwischen der Gegenelektrode 21 und der Elektrode 20 der Radlagerhalterung 19 eingeklemmt, wobei die Radlagerhalterung 19 vertikal nach unten gefahren wird und auf dem Innenumfang des Antriebszahnrades 2 aufliegt. Die Gegenelektrode 21 wird durch die Bewegung des Schlittens 16 in axiale Richtung zwischen zwei Backen 18 der Spannvorrichtung 17 positioniert. Dadurch ist das Antriebszahnrad 2 zwischen Radachshalterung 19 und Gegenelektrode 21 eingeklemmt. wodurch eine Stabilisierung des Antriebszahnrades 2 während des Schweißvorganges erfolgt.
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In 9 ist ein Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung dargestellt, bei welchem ein Hebelelement 34 an der Spannvorrichtung 17 angeordnet ist, welches es ermöglicht, die Spannvorrichtung 17 und somit auch das Antriebszahnrad 2 in 60°-Winkeln zu verdrehen, wodurch eine Befestigung von sechs Radachsen 4 in dem entsprechenden Abstand von 60°-Winkeln ermöglicht wird. Nach einer Drehung, bei welcher sich die Radachshalterung 19 und die Gegenelektrode 21 außerhalb der Spanneinrichtung 17 befinden, wird der Hebel 34 arretiert. Mittels eines weiteren Bedienhebels 35 erfolgt eine Fixierung des Schlittens 16 vor dem Widerstandsbuckelschweißen.
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Um festzustellen, ob das in der Spannvorrichtung 17 eingespannte Antriebszahnrad 2 rundlaufend justiert ist und somit das Antriebszahnrad 2 plan an der Spannvorrichtung 17 anliegt, ist eine Messuhr 36 zur Anlagenkontrolle vorgesehen. Mittels einer Fixierschraube 37 wird die Spanneinrichtung 17 festgestellt, während eine Stellschraube 38 zur Feinjustierung des Antriebszahnrades 2 für den Schweißvorgang vorgesehen ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014000499 A1 [0002]
