DE102019218957A1

DE102019218957A1 - Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, zylinderförmiger Hohlkörper und Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102019218957A1
Application number: DE102019218957.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Brehmer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe (29), wobei die Herstellung des Hohlkörpers (20) mittels eines Gussprozesses (1) derart erfolgt, dass der Hohlkörper (20) eine innere und eine äußere Mantelfläche (21, 22) aufweist, wobei der Hohlkörper (20) eine erste Verzahnung (24) an einem ersten axialen Endbereich (23) aufweist und eine zweite Verzahnung (24') an einem zweiten axialen Endbereich (23') aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Innenraum (20') des Hohlkörpers (20) ein Signalgeber (45) für einen Drehzahlsensor (46) angeordnet wird (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen entsprechenden zylinderförmigen Hohlkörper sowie ein entsprechendes Fahrzeuggetriebe.
Aus dem Automobilbau ist es bekannt, aus Gründen der Gewichtsreduzierung eines Fahrzeugs und damit einhergehend einer Kraftstoffeinsparung sowie einer korrelierenden Reduzierung des CO₂-Ausstoßes zunehmend Bauteile aus Leichtbaumaterialien zu verwenden. Da derartige Bauteile dabei konventionelle Bauteile, beispielsweise aus Stahl hergestellte Bauteile ersetzen, müssen sie jedoch dieselben Anforderungen hinsichtlich ihrer mechanischen Belastbarkeit, ihrer Korrosionsbeständigkeit und idealerweise auch hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit und ihrer Herstellungskosten erfüllen. Als gut geeignet erwiesen haben sich in diesem Zusammenhang vor allem unterschiedliche Aluminiumlegierungen, deren Eigenschaften sich durch die unterschiedlichen Legierungszusammensetzungen in einem bestimmten Rahmen gezielt einstellen lassen. Die aus den unterschiedlichen Aluminiumlegierungen hergestellten Bauteile werden dabei üblicherweise als Gussteile hergestellt, wobei an die geometrische Beschaffenheit der Bauteile und insbesondere an deren geometrische Präzision hohe Anforderungen gestellt werden. In der Regel ist deshalb eine spanende Nachbearbeitung der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossenen Bauteile erforderlich.
Aus der DE 10 2011 056 942 B3 ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen und zylinderförmigen Bauteils aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bekannt. Das Bauteil wird dabei zunächst mittels Druckguss erzeugt. Anschließend wird das Bauteil im rohen Zustand zentrisch gespannt und seine Innenfläche sowie seine Außenfläche werden spanend überdreht. Vom Überdrehen ausgenommen ist lediglich derjenige Teilbereich, auf dem das Bauteil gespannt wird. Schließlich wird das Bauteil rotiert, um eine ggf. vorhandene Unwucht zu ermitteln. Zur Reduzierung bzw. Beseitigung der Unwucht wird das Bauteil dann mit Ausgleichsbohrungen versehen.
Die Verwendung von Druckgussbauteilen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ermöglicht dabei viele Vorteile, die im Stand der Technik jedoch noch nicht völlig ausgeschöpft werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, wobei die Herstellung des Hohlkörpers mittels eines Gussprozesses derart erfolgt, dass der Hohlkörper eine innere und eine äußere Mantelfläche aufweist, wobei der Hohlkörper eine erste Verzahnung an einem ersten axialen Endbereich aufweist und eine zweite Verzahnung an einem zweiten axialen Endbereich aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Innenraum des Hohlkörpers ein Signalgeber für einen Drehzahlsensor angeordnet wird.
Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, dass zunächst ein zylinderförmiger Hohlkörper mittels eines bekannten Gussprozesses entweder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird. Die Festlegung auf einen spezifischen Gussprozess ist erfindungsgemäß nicht erforderlich, solange der Gussprozess prinzipiell für das Gießen von Hohlkörpern aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung geeignet ist. Da es sich um einen zylinderförmigen Hohlkörper handelt, weist dieser einen runden Querschnitt sowie eine innere und eine äußere Mantelfläche auf. Der Hohlkörper weist eine erste Verzahnung an einem ersten axialen Endbereich auf und eine zweite Verzahnung an einem zweiten axialen Endbereich auf, wobei die erste und die zweite Verzahnung bevorzugt jeweils ringförmig vollständig umlaufend ausgebildet sind. Dadurch wird die Übertragung von Drehmomenten und Drehzahlen durch den Hohlkörper begünstigt, wobei die erste Verzahnung beispielsweise einem Antrieb im Kraftfahrzeuggetriebe zugewandt sein kann und die zweite Verzahnung beispielsweise einem Abtrieb im Kraftfahrzeuggetriebe zugewandt sein kann. Der zylinderförmige Hohlkörper ist bevorzugt rohrartig ausgebildet, weist bevorzugt also zwei offene Axialenden auf, über die beispielsweise auch auf einfache Weise eine Bearbeitung der inneren Mantelfläche möglich ist. Sowohl die innere als auch die äußere Mantelfläche können vorteilhaft Oberflächenkonturen z.B. in der Form von umlaufenden Nuten, aufgesetzten, umlaufenden Kragen, Kerben, Sicken, Bohrungen oder ähnliches aufweisen. Die Anordnung des Hohlkörpers im Fahrzeuggetriebe erfolgt dann bevorzugt über die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung, so dass der Hohlkörper funktional eine Hohlwelle darstellt. Bei der Anordnung des Hohlkörpers wird erfindungsgemäß außerdem ein Signalgeber für einen Drehzahlsensor im Innenraum des Hohlkörpers angeordnet. Der Signalgeber kann beispielsweise ein magnetischer, elektrischer oder elektromagnetischer Signalgeber sein, jedoch ist auch ein mechanischer Signalgeber denkbar. Bevorzugt ist der Signalgeber jedoch als permanentmagnetischer Signalgeber ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist der Signalgeber unterbrechungsfrei oder mit Unterbrechungen ringförmig ausgebildet, wobei der Signalgeber und der Hohlkörper eine gemeinsame Drehachse aufweisen. Sofern der Signalgeber unterbrechungsfrei ringförmig ausgebildet ist, kann eine magnetische Polarität des Signalgebers z.B. in Schritten von 10° entlang des Umfangs des Rings alternierend von Nord zu Süd wechseln. Sofern der Signalgeber mit Unterbrechungen ringförmig ausgebildet ist, können z.B. in Schritten von 10° entlang des Umfangs des Rings alternierend Magnetelemente und Unterbrechungen angeordnet sein, wobei eine Unterbrechung nicht permanentmagnetisch ist.
Indem der Signalgeber für den Drehzahlsensor im Inneren des Hohlkörpers angeordnet wird, ist er vergleichsweise gut geschützt gegen Verschmutzungen, mechanische Beschädigungen sowie gegen spritzendes Öl im Getriebe. Zudem ist die Anordnung im Inneren des Hohlkörpers vergleichsweise platzsparend, da kein zusätzlicher Bauraum für den Signalgeber im Getriebe vorgehalten werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Drehzahlsignal des Signalgebers außerhalb des Hohlkörpers erfasst wird. Das bedeutet also, dass ein entsprechender Signalempfänger außerhalb des Hohlkörpers angeordnet ist, vorzugsweise an einer gegenüber einem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes ortsfesten und drehfesten Position. Eine Relativbewegung zwischen dem Signalgeber und dem Signalempfänger wird somit ausschließlich durch eine Bewegung des Signalgebers verursacht. Da der Hohlkörper zudem aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung besteht und somit nicht ferromagnetisch ist, kann vom Signalgeber insbesondere ein magnetisches Signal bereitgestellt werden, welches vom Signalempfänger erfasst werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verzahnung mit einem Element eines ersten Planetengetriebesatzes zusammenwirkt und die zweite Verzahnung mit einem Element eines zweiten Planetengetriebesatzes zusammenwirkt. Somit können mittels des Hohlkörpers auf einfache Art und Weise sowohl Drehmomente als auch Drehzahlen vom ersten Planetengetriebesatz zum zweiten Planetengetriebesatz übertragen werden.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Element des ersten Planetengetriebesatzes um einen Steg des ersten Planetengetriebesatzes und bei dem Element des zweiten Planetengetriebesatzes um ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes. Ganz besonders bevorzugt sind der Steg des ersten Planetengetriebesatzes und das Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes aus Stahl gefertigt.
Ebenso bevorzugt wirkt sowohl die erste Verzahnung mit dem Steg als auch die zweite Verzahnung mit dem Hohlrad jeweils als Steckverbindung zusammen. Dadurch ergeben sich vergleichsweise geringe mechanische Belastungen für den aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigten Hohlkörper.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Innenraum des Hohlkörpers weiterhin mindestens ein dritter Planetengetriebesatz angeordnet wird. Bevorzugt werden im Innenraum des Hohlkörpers sogar zwei dritte Planetengetriebesätze angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil einer platzsparenden Anordnung des dritten Planetengetriebesatzes bzw. der dritten Planetengetriebesätze. Zudem kann der Signalgeber vorteilhaft auf einem Element, beispielsweise einem Steg, des dritten Planetengetriebesatzes angeordnet werden. Dieses Element, also beispielsweise der Steg, des dritten Planetengetriebesatzes weist bevorzugt eine zu einer Abtriebsdrehzahl des Fahrzeuggetriebes mit einem festen Faktor proportionale Drehzahl auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Innenraum des Hohlkörpers weiterhin mindestens eine Kupplung angeordnet wird. Somit kann auch die mindestens eine Kupplung raumsparend im Fahrzeuggetriebe angeordnet werden. Bevorzugt ist die mindestens eine Kupplung dem mindestens einen dritten Planetengetriebesatz zugeordnet. Besonders bevorzugt wird im Innenraum des Hohlkörpers für jeden dritten Planetengetriebesatz jeweils eine Kupplung angeordnet
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung als Innenverzahnungen ausgebildet sind. Innenverzahnungen haben sich insbesondere in Form von Steckverzahnungen als vergleichsweise gut zum Zusammenwirken insbesondere mit aus Stahl gefertigten Gegenverzahnungen erwiesen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Hohlkörper für eine Bearbeitung auf einen Kopfkreisdurchmesser der ersten Innenverzahnung und/oder der zweiten Innenverzahnung zentrisch gespannt wird und dass die Anordnung des Hohlkörpers im Fahrzeuggetriebe ausschließlich über Zahnflanken der ersten Innenverzahnung und/oder der zweiten Innenverzahnung erfolgt. Durch das zentrische Spannen wird es ermöglicht, dass Spannbacken oder Spannfinger einer Spannvorrichtung die Fläche auf den Zahnköpfen der Innenverzahnung als Lagerfläche zum Spannen des Hohlkörpers verwenden. Dadurch wiederum ergibt sich eine gleichmäßige, radial nach außen wirkende Spannkraft, welche eine unerwünschte Deformation des Hohlkörpers vermeidet. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass der Spannvorgang zu einer zuverlässig reproduzierbaren Ausrichtung des Hohlkörpers führt. Um eine auf die Herstellung ggf. folgende Bearbeitung des Hohlkörpers zu vereinfachen, ist es vorgesehen, den Hohlkörper zentrisch zu spannen. Zu diesem Zweck sind im Stand der Technik Spannvorrichtungen bekannt, die ein zentrisches Spannen eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung ermöglichen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Herstellung des Hohlkörpers derart an das Fahrzeuggetriebe angepasst erfolgt, dass der Kopfkreisdurchmesser nach der Anordnung des Hohlkörpers im Fahrzeuggetriebe kontaktfrei bleibt. Das bedeutet also, dass die Zahnkopfflächen der Innenverzahnung nicht in Kontakt bzw. in Anlage sind mit Kontaktstellen oder Anlageflächen irgendeines Elements des Fahrzeuggetriebes. Im Gegenteil dienen die Zahnkopfflächen der Innenverzahnung ausschließlich zum zentrischen Spannen des Hohlkörpers während der Bearbeitung des Hohlkörpers. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass zur Übertragung von Drehmomenten ausschließlich die hierzu geeigneten Flanken der Innenverzahnung verwendet werden. Der Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung dient somit nicht zur Übertragung von Drehmomenten im Fahrzeuggetriebe und muss dementsprechend keine hierfür benötigten Eigenschaften aufweisen. Im Gegenteil dient der Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung ausschließlich zum Spannen während der Bearbeitung des Hohlkörpers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die innere und/oder die äußere Mantelfläche des Hohlkörpers überdreht werden, wobei jedoch die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung unüberdreht bleiben. Bevorzugt bleibt der mindestens eine Teilbereich nicht nur unüberdreht sondern spanend völlig unbearbeitet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Geometrie des gegossenen Hohlkörpers soweit erforderlich spanend nachgearbeitet wird, so dass sich eine äußerst präzise Formgebung realisieren lässt. Die mittels spanender Bearbeitung erreichbare geometrische Präzision ist dabei in der Regel höher als die mittels eines Gussprozesses erreichbare geometrische Präzision. Da der Hohlkörper zur Verwendung in einem Fahrzeuggetriebe und dort insbesondere zur Übertragung von Drehmomenten bzw. Drehzahlen gedacht ist, sind gute Rundlaufeigenschaften und somit eine hohe geometrische Präzision wichtige Voraussetzungen. Der die Innenverzahnung aufweisende Teilbereich wird dabei jedoch nicht überdreht, da der Hohlkörper hier im Bereich des Kopfkreises gespannt ist und dieser Teilbereich also nicht zugänglich ist für ein Drehwerkzeug. Ein anschließendes Umspannen auf einen anderen Bereich der Oberfläche des Hohlkörpers und damit verbunden ein Überdrehen der Zahnköpfe der Innenverzahnung im Teilbereich wäre zwar möglich, würde jedoch zusätzlichen Aufwand und damit zusätzliche Kosten verursachen und soll dementsprechend vermieden werden. Zudem könnte ein Umspannen auf einen anderen Bereich der Oberfläche des Hohlkörpers sowie ein damit verbundenes Überdrehen der Zahnköpfe der Innenverzahnung dazu führen, dass der Hohlkörper als solcher eine andere Rotationsachse aufweist als der Kopfkreis der Innenverzahnung, was wiederum die Rundlaufeigenschaften im Fahrzeuggetriebe nachteilig beeinflussen würde. Zudem hat sich überraschend herausgestellt, dass das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung im Rohzustand, d.h. im unbearbeiteten Zustand, eine vergleichsweise höhere Belastbarkeit aufweist als im überdrehten Zustand. Die besonders belastete erste Verzahnung und die ebenso besonders belastete zweite Verzahnung sind somit vergleichsweise höher belastbar und damit robuster.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gussprozess als Druckgussprozess erfolgt. Dabei wird bevorzugt zunächst das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung in flüssiger Form in eine entsprechende Füllkammer einer Gießvorrichtung gefüllt, wobei die Füllkammer durch eine Druckbeaufschlagung des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung mittels eines Gießkolbens unter Druck befüllt wird. Die Druckbeaufschlagung bleibt vorteilhaft bestehen, bis das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung erstarrt ist. Dadurch lassen sich vergleichsweise präzise geometrische Formen mit nur geringem Ausschuss erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Hohlkörper gewuchtet wird. Das Wuchten im Sinne der Erfindung umfasst dabei gleichermaßen das Ermitteln von Unwuchten sowie deren Beseitigung. Die Beseitigung der Unwuchten muss nicht zwingend vollständig sein, aber zumindest soweit gehen, dass eine vorgegebene maximal zulässige Unwucht nicht mehr überschritten wird. Durch das Wuchten lassen sich somit sehr gute Gleichlaufeigenschaften des Hohlkörpers erzielen, was wiederum zu einer geringeren Geräuschemission und einer längeren Lebensdauer des Fahrzeuggetriebes beiträgt, in welchem der Hohlkörper angeordnet wird. Das Wuchten erfolgt dabei bevorzugt spanend, indem ein Materialabtrag gezielt an den Stellen des Hohlkörpers erfolgt, die zu der jeweils festgestellten Unwucht führen. Der Materialabtrag wiederum erfolgt bevorzugt durch das Bohren von größer oder kleiner dimensionierten Öffnungen durch die Mantelflächen des Hohlkörpers, wobei ein Durchmesser der jeweils angebrachten Bohröffnung abhängig von einer Stärke der festgestellten Unwucht sein kann. Diese Bohröffnungen dienen entsprechend als Wuchtbohrungen. Die die Unwuchten werden bevorzugt mittels einer hierzu geeigneten, an sich bekannten Vorrichtung zum Ermitteln der Unwuchten ermittelt. Da das Wuchten im Rahmen der Bearbeitung erfolgt, ist der Hohlkörper hierbei auf den Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung gespannt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Hohlkörper entgratet und/oder gebürstet und/oder gewaschen wird. Das Bürsten bzw. Waschen des Hohlkörpers kann dabei sowohl vor dem Wuchten als auch nach dem Wuchten erfolgen. Das Entgraten findet hingegen bevorzugt ausschließlich nach dem Wuchten statt, da somit vorteilhaft alle Grate entfernt werden können, auch diese, welche durch ggf. angebrachte Wuchtbohrungen entstanden sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass evtl. vorhandene Materialpartikel bzw. Grate nicht in das Fahrzeuggetriebe gelangen und den Wirkungsgrad des Fahrzeuggetriebes nachteilig beeinflussen.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen zylinderförmiger Hohlkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der erfindungsgemäße Hohlkörper zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlkörper nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Hohlkörper.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Fahrzeuggetriebe. Das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeuggetriebe mindestens einen erfindungsgemäßen zylinderförmigen Hohlkörper umfasst. Dies führt zu den bereits beschriebenen Vorteilen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe in Form eines Flussdiagramms,
2 beispielhaft eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen zylindrischen Hohlkörpers,
3 beispielhaft und schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlkörpers nach seiner Anordnung in einem Fahrzeuggetriebe und
4 beispielhaft und schematisch einen erfindungsgemäßen Hohlkörper nach seiner Anordnung in einem Fahrzeuggetriebe.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers 20 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe 29. Dabei erfolgt in Verfahrensschritt 1 zunächst die Herstellung des Hohlkörpers 20 mittels eines Gussprozesses, beispielsgemäß mittels eines Druckgussprozesses. Die Herstellung erfolgt nach Maßgabe eines verwendeten Gießwerkzeugs bzw. nach Maßgabe einer Füllkammer des Gießwerkzeugs derart, dass der Hohlkörper 20 eine innere und eine äußere Mantelfläche 21, 22 aufweist und beispielsgemäß in einem ersten axialen Endbereich 23 und in einem zweiten axialen Endbereich 23' der inneren Mantelfläche 21 eine erste als Innenverzahnung ausgebildete Verzahnung 24 und eine zweite ebenfalls als Innenverzahnung ausgebildete Verzahnung 24' aufweist. Außerdem erfolgt die Herstellung des Hohlkörpers 20 in Schritt 1 derart an das Fahrzeuggetriebe 29 angepasst, dass ein Kopfkreisdurchmesser 25 der Verzahnungen 24 und 24' nach der Anordnung des Hohlkörpers 20 im Fahrzeuggetriebe 29 kontaktfrei bleibt. Für eine Bearbeitung des Hohlkörpers 20 wird der Hohlkörper 20 dann in Schritt 2 zentrisch gespannt. Das zentrische Spannen erfolgt dabei ausschließlich auf den unüberdrehten bzw. nicht spanend bearbeiteten Kopfkreisdurchmessern 25 und 25' der ersten und zweiten Verzahnung 24 und 24'. In Verfahrensschritt 3 werden im Rahmen der Bearbeitung des Hohlkörpers 20 sowohl die innere Mantelfläche 21 als auch die äußere Mantelfläche 22 überdreht. Der erste axiale Endbereich 23 und der zweite axiale Endbereich 23', die die Innenverzahnungen 24 und 24' aufweisen, bleiben dabei jedoch unüberdreht bzw. spanend unbearbeitet, da der Hohlkörper 20 hier jeweils im Bereich des Kopfkreisdurchmessers 25 gespannt ist. Das Überdrehen der inneren und äußeren Mantelflächen 21, 22 erfolgt beispielsgemäß mittels einer hierzu ausgebildeten Drehvorrichtung. Im folgenden Verfahrensschritt 4 wird der Hohlkörper 20 erneut jeweils auf den Kopfkreisdurchmesser 25 der Innenverzahnungen 24 und 24' gespannt und gewuchtet. Im Rahmen des Wuchtens werden zunächst die Unwuchten des Hohlkörpers 20 ermittelt, was mittels einer hierzu ausgebildeten Vorrichtung zum Ermitteln von Unwuchten erfolgt. Sofern hierbei eine unzulässige Unwucht erkannt wird, wird im Rahmen des Wuchtens überschüssiges Material am Hohlkörper 20, welches den Rundlauffehler verursacht, entfernt. Das Entfernen des überschüssigen Materials erfolgt beispielsgemäß durch das Setzen von Wuchtbohrungen 34 durch die innere und äußere Mantelfläche 21, 22. In einem folgenden Verfahrensschritt 5 wird der Hohlkörper 20 entgratet, gebürstet und gewaschen, um ggf. vorhandene Grate und Verunreinigungen zu entfernen. In Verfahrensschritt 6 schließlich wird der Hohlkörper 20 im Fahrzeuggetriebe 29 angeordnet, wobei die erste Verzahnung 24 mit einem Steg 41 eines ersten Planetengetriebesatzes 40 zusammenwirkt und die zweite Verzahnung 24' mit einem Hohlrad 51 eines zweiten Planetengetriebesatzes 50 zusammenwirkt. Die Anordnung erfolgt dabei beispielsgemäß ausschließlich über Zahnflanken 27 der Innenverzahnungen 24 und 24'. Insbesondere zwischen den Zahnkopfflächen am Kopfkreisdurchmesser 25 der ersten Verzahnung 24 und der zweiten Verzahnung 24' sowie den Anlageflächen bzw. Kontaktstellen des Stegs 41 und des Hohlrads 51 besteht dabei ein Luftspalt 32, die Zahnkopfflächen am Kopfkreisdurchmesser 25 der ersten Verzahnung 24 sowie der zweiten Verzahnung 24' bleiben also kontaktfrei. Nur dadurch bleibt stets gewährleistet, dass die Drehmomentübertragung ausschließlich über die Zahnflanken 27 der Innenverzahnung 24 bzw. 24' erfolgt. Im folgenden Verfahrensschritt 7 werden zwei dritte Planetengetriebesätze 60 und 61 in einem Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 angeordnet. Dadurch kann Bauraum im Fahrzeuggetriebe 29 eingespart werden. In Verfahrensschritt 8 werden weiterhin insgesamt drei Kupplungen 62, 63 und 64 im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 angeordnet. Auch dies spart Bauraum im Fahrzeuggetriebe 29 und ermöglicht zudem eine Ansteuerung der zwei dritten Planetengetriebesätze 60 und 61. In Verfahrensschritt 9 schließlich wird im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 ein Signalgeber 45 für einen Drehzahlsensor 46 angeordnet.
2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausbildungsform eines zylindrischen Hohlkörpers 20. Der dargestellte Hohlkörper 20 besteht aus einer Aluminiumlegierung, beispielsgemäß aus AlSi9Cu3(Fe), und wurde mittels eines Druckgussprozesses hergestellt. Er weist eine innere Mantelfläche 21 und eine äußere Mantelfläche 22 auf, die beide im Rahmen einer Bearbeitung des Hohlkörpers 20 überdreht wurden. Lediglich ein erster Teilbereich 23 und ein zweiter Teilbereich 23', die auch jeweils eine Innenverzahnung 24, 24' aufweisen, sind unüberdreht bzw. spanend unbearbeitet geblieben, also noch im Rohzustand. Die Innenverzahnungen 24, 24' wurden dabei bereits während des Gussprozesses hergestellt. Weiterhin zu sehen ist, dass der Hohlkörper 20 eine Vielzahl von Bohrungen 28 aufweist. Die Bohrungen 28 weisen dabei unterschiedliche Durchmesser auf und dienen einerseits der Gewichtsreduzierung des Hohlkörpers 20 wie auch dem Ölabfluss aus dem Hohlkörper 20 bei einer Verwendung des Hohlkörpers 20 im Fahrzeuggetriebe 29. Zusätzlich zu sehen sind Wuchtbohrungen 34, die vornehmlich möglichst nahe jedes Teilbereichs 23, 23' bzw. jeder Innenverzahnung 24, 24' des Hohlköpers 20 angeordnet sind. Die Wuchtbohrungen 34 können je nach benötigtem Materialabtrag unterschiedliche Durchmesser aufweisen und dienen zur Verbesserung der insbesondere akustischen Rundlaufeigenschaften des Hohlkörpers 20 im Fahrzeuggetriebe 29. Darüber hinaus tragen Wuchtbohrungen 34 aber auch zur weiteren Gewichtsreduzierung des Hohlkörpers 20 und zum nochmals verbesserten Ölabfluss aus dem Hohlkörper 20 bei.
3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlkörpers 20 nach seiner Anordnung in einem Fahrzeuggetriebe 29. Auch das Fahrzeuggetriebe 29 ist dabei nur ausschnittsweise und in Form des Hohlkörpers 20 sowie der Zahnscheibe 30 dargestellt. Wie zu sehen ist, weist der Hohlkörper 20 im dargestellten Teilbereich 23 eine Innenverzahnung 24 auf, welche in Eingriff mit einer Gegenverzahnung 31 der Zahnscheibe 30 steht. Die Innenverzahnung 24 wirkt mit der Gegenverzahnung 31 Zahnscheibe 30 als Steckverzahnung zur Gewährleistung einer drehfesten Verbindung. Der Teilbereich 23 ist dabei der inneren Mantelfläche 21 zugeordnet. Der Hohlkörper 20 weist auch eine äußere Mantelfläche 22 auf. Die Innenverzahnung 24 weist einen Kopfkreisdurchmesser 25 (dargestellt durch eine gestrichelte Linie) auf, welcher ausschließlich zum Spannen während einer Bearbeitung des Hohlkörpers 20 dient. Nach der Anordnung des Hohlkörpers 20 im Fahrzeuggetriebe 29 hat der Kopfkreisdurchmesser 25 bzw. haben die Zahnkopfflächen des Kopfkreisdurchmessers 25 der Innenverzahnung 24 keine Funktion mehr. Entsprechend bleibt der Kopfkreisdurchmesser 25 kontaktfrei, so dass ein Luftspalt 32 zwischen den Flächen der Innenverzahnung 24 im Bereich des Kopfkreisdurchmessers 25 und der der Zahnscheibe 30 besteht. Zahnflanken 27 der Innenverzahnung 24 des Hohlkörpers 20 hingegen liegen an Gegenflanken 33 der der Zahnscheibe 30 an. Diese Kontaktflächen der Zahnflanken 27 der Innenverzahnung 24 und der Gegenflanken 33 der der Zahnscheibe 30 dienen der Übertragung von Drehmomenten. Eine Funktion während der Bearbeitung des Hohlrads 20 kommt den Zahnflanken 27 hingegen nicht zu.
4 zeigt beispielhaft und schematisch einen erfindungsgemäßen Hohlkörper 20 nach seiner Anordnung in einem Fahrzeuggetriebe 29. Eine erste Verzahnung 24 des Hohlkörpers 20 steht in Eingriff mit dem Steg 41 des ersten Planetengetriebesatzes 40. Eine zweite Verzahnung 24' des Hohlkörpers 20 steht in Eingriff mit dem Hohlrad 51 des zweiten Planetengetriebesatzes 50. Im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 sind außerdem zwei dritte Planetengetriebesätze 60 und 61 angeordnet.
Weiterhin sind Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 auch drei Kupplungen 62, 63 und 64 angeordnet, zur Ansteuerung der zwei dritten Planetengetriebesätze 60 und 61. Durch die Anordnung sowohl der zwei dritten Planetengetriebesätze 60 und 61 als auch der Kupplungen 62, 63 und 64 im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 kann Bauraum im Fahrzeuggetriebe 29 eingespart werden. Schließlich ist auch der Signalgeber 45 im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 angeordnet. Beispielsgemäß handelt es sich um einen ringförmig und als Permanentmagnet ausgebildeten Signalgeber 45. Ein vom Signalgeber erzeugtes Signal hat die Form eines magnetischen Felds mit in Schritten von 5° wechselnder Polarität. Da der Hohlkörper beispielsgemäß aus Aluminium besteht, also nicht ferromagnetisch ist, kann das vom Signalgeber 45 im Innenraum 20' des Hohlkörpers 20 bereitgestellte Signal vom Drehzahlsensor 46 außerhalb des Hohlkörpers 20 erfasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Herstellung des Hohlkörpers
2: zentrisches Spannen
3: Überdrehen der inneren und äußeren Mantelfläche
4: Wuchten
5: Entgraten, Bürsten und Waschen
6: Anordnung im Fahrzeuggetriebe
7: Anordnung von zwei dritten Planetengetriebesätzen im Innenraum des Hohlkörpers
8: Anordnung von drei Kupplungen im Innenraum des Hohlkörpers
9: Anordnung eines Signalgebers im Innenraum des Hohlkörpers
20: Hohlkörper
21: innere Mantelfläche
22: äußere Mantelfläche
23, 23': erster axialer Endbereich, zweiter axialer Endbereich
24, 24': erste Verzahnung, zweite Verzahnung
25: Kopfkreisdurchmesser
27: Zahnflanken der Innenverzahnung
28: Bohrung
29: Fahrzeuggetriebe
30: Zahnscheibe
31: Gegenverzahnung
32: Luftspalt
33: Gegenflanken
34: Wuchtbohrung
40: erster Planetengetriebesatz
41: Steg des ersten Planetengetriebesatzes
45: Signalgeber
46: Drehzahlsensor
50: zweiter Planetengetriebesatz
51: Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes
60, 61: dritter Planetengetriebesatz
62: Kupplung
63: Kupplung
64: Kupplung
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011056942 B3 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Hohlkörpers (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie zu dessen Anordnung in einem Kraftfahrzeuggetriebe (29), wobei die Herstellung des Hohlkörpers (20) mittels eines Gussprozesses (1) derart erfolgt, dass der Hohlkörper (20) eine innere und eine äußere Mantelfläche (21, 22) aufweist, wobei der Hohlkörper (20) eine erste Verzahnung (24) an einem ersten axialen Endbereich (23) aufweist und eine zweite Verzahnung (24') an einem zweiten axialen Endbereich (23') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Innenraum (20') des Hohlkörpers (20) ein Signalgeber (45) für einen Drehzahlsensor (46) angeordnet wird (9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlsignal des Signalgebers (45) außerhalb des Hohlkörpers (20) erfasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (24) mit einem Element eines ersten Planetengetriebesatzes (40) zusammenwirkt und die zweite Verzahnung (24') mit einem Element eines zweiten Planetengetriebesatzes (50) zusammenwirkt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (20') des Hohlkörpers (20) weiterhin mindestens ein dritter Planetengetriebesatz (60, 61) angeordnet wird (8).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (20') des Hohlkörpers (20) weiterhin mindestens eine Kupplung (62, 63, 64) angeordnet wird (9).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (24) und die zweite Verzahnung (24') als Innenverzahnungen ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (20) für eine Bearbeitung auf einen Kopfkreisdurchmesser (25) der ersten Innenverzahnung (24) und/oder der zweiten Innenverzahnung (24') zentrisch gespannt wird (2) und dass die Anordnung des Hohlkörpers (20) im Fahrzeuggetriebe (29) ausschließlich über Zahnflanken (27) der ersten Innenverzahnung (24) und/oder der zweiten Innenverzahnung (24', 6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und/oder die äußere Mantelfläche (21, 22) des Hohlkörpers (20) überdreht werden (3), wobei jedoch die erste Verzahnung (24) und die zweite Verzahnung (24') unüberdreht bleiben.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Hohlkörpers (20) derart an das Fahrzeuggetriebe (29) angepasst erfolgt (1), dass der Kopfkreisdurchmesser (25) nach der Anordnung des Hohlkörpers (20) im Fahrzeuggetriebe (29, 6) kontaktfrei bleibt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussprozess als Druckgussprozess erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper gewuchtet wird (4).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (20) entgratet und/oder gebürstet und/oder gewaschen wird (5).
Zylinderförmiger Hohlkörper (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (20) nach einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.
Fahrzeuggetriebe (29), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe (29) mindestens einen zylinderförmigen Hohlkörper (20) nach Anspruch 13 umfasst.