DE112004000119T5

DE112004000119T5 - Drehmomentübertragungseinheit und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE112004000119T5
Application number: DE112004000119T
Authority: DE
Inventors: David P. Millbury Huber; Ben R. Lapeer Vasa; Timothy J. Rochester Cripsey
Original assignee: Metal Forming and Coining Corp
Current assignee: Metal Forming & Coining Maumee Us LLC
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: US7341539B2; KR20050100613A; WO2004065822A3; US20050164823A1; DE112004000119B4; CN100585222C; CA2506792C; CN1735761A; CA2506792A1; KR101051824B1; WO2004065822A2; MXPA05007214A

Abstract

Drehmomentübertragungseinheit, die Folgendes umfasst:
ein allgemein napfförmiges Außengehäuse mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende, wobei das geschlossene Ende mindestens einen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, wobei das offene Ende des äußeren Gehäuses dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem ersten drehenden Teil zu stehen; und
ein allgemein scheibenförmiges inneres Teil mit einer zentralen Öffnung und einer Mittelachse, wobei das innere Teil mindestens einen Ansatz umfasst, der sich davon axial nach außen erstreckt und in den Schlitz des äußeren Gehäuses eingreift, um eine Rotationsübertragung zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Teil zu erleichtern, wobei die zentrale Öffnung dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem zweiten drehenden Teil zu stehen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 15. Januar 2003 eingereichten, vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 60/440,110.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungseinheit und ein Verfahren zu deren Herstellung, und im Spezielleren auf ein kombiniertes Ritzelträger- und Antriebsgehäuse und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Ritzelträger ist eine Halterungsstruktur, die Ritzelräder (oder Planetenräder) in einem Planetengetriebesatz anordnet und ein Drehmoment auf andere Bauteile in einem Fahrzeugantriebsstrang überträgt. Ein Antriebsgehäuse oder Planetenträger ist ein rohrförmiges Bauteil, das ein Drehmoment vom Ritzelträger zu einem anderen Bauteil überträgt, das vom Ritzelträger im Antriebsstrang axial versetzt ist. Das Antriebsgehäuse dreht sich auch um die Mittelachse des Ritzelträgers und haltert die Ritzelräder.
Einige bekannte Verfahren zur Herstellung eines Ritzelträgers umfassen das progressive Ausstanzen einer Hohlform und einer Endplatte und das Zusammenschweißen der beiden Teile; die Herstellung von Metallkeramikbauteilen, die miteinander verlötet oder verschraubt werden; oder das Kaltausformen einer Hohlform, die an eine gestanzte Platte geschweißt wird.
Gegenwärtige Verfahren zur Herstellung eines Antriebsgehäuses umfassen das Tiefziehen eines Blechs zu einer Rohrform und das Ausbilden von Keilnuten an einer Innenwand von dieser, und das längenmäßige Zuschneiden eines dünnwandigen Rohrs und das Ausbilden von Keilnuten an einer Innenwand von diesem.
Bekannte Verfahren zur Herstellung eines kombinierten Träger- und Antriebsgehäuses umfassen das progressive Ausstanzen von Hohlformen aus einem Metallvorrat mit unterschiedlichen Durchmessern, die dann einander zugewandt verschweißt werden. Die innere Hohlform wird als Ritzelträger verwendet, und die äußere Hohlform als Antriebsgehäuse.
Im Hinblick auf die vorstehend aufgelisteten Praktiken stellen sich verschiedene Probleme bei der Herstellung des Ritzelträgerabschnitts der Baugruppe. Aufgrund der brüchigen Beschaffenheit von Metallkeramikteilen muss der Querschnitt des Abschnitts des Ritzelträgers, der die Halteflächen trennt, vom Aufbau her groß sein. Während des Herstellungsprozesses entsteht eine Korndichtenschwankung an den unteren Teilen des Abschnitts des Ritzelträgers, die die Halteflächen dort trennen, wo sie auf dünnere Halteflächen treffen. Diese Dichteschwankung führt zusammen mit der gleichzeitigen Dickeveränderung im selben Bereich zu einem Belastungsanstieg, der häufig Bruch und Ausfall des Bauteils bewirkt. Um dem entgegenzuwirken, müssen die Schenkel und Halteflächen dicker ausgelegt werden als nötig wäre, wenn sie aus geschmiedetem Material hergestellt wären, damit das Teil seine Anwendung überstehen kann. Dies führt zu erhöhtem Gewicht und Platzbedarf, wovon beide teuer zu stehen kommen und in einer Automatikgetriebeumgebung unerwünscht sind.
Was gestanzte Teile anbelangt, bietet das Herstellungsverfahren mehr Flexibilität als Metallkeramik und senkt vergleichsweise allgemein den Platzbedarf. Allerdings besteht keine Möglichkeit, die Materialdicke für irgendein Bauteil der Baugruppe signifikant zu verändern. Deshalb wird das ganze Teil dieselbe Dicke haben wie der Abschnitt der Baugruppe, der die größte Stärke benötigt. Das Ergebnis ist übermäßiger Massen- und Platzbedarf, obwohl ein Stanzteil in diesen Gesichtspunkten im Vergleich zu Teilen, die aus Metallkeramik hergestellt sind, eine große Verbesserung darstellt. Die größte Schwäche gestanzter Teile liegt in ihrem Mangel an Steifigkeit. Unter schwerer Belastung biegen sich die gestanzten Teile häufig bis zu dem Punkt, dass eine Fehlausrichtung der Zahnräder entstehen kann, was unerwünschtes Geräusch und Verschleiß verursacht.
Was kaltausgeformte Teile anbelangt, ist gegenüber Stanzteilen eine bessere Festigkeit festzustellen, und der Prozess kann an unterschiedlichen Stellen auf den Bauteilen verschiedene Materialdicken ausbilden. Deshalb kann er die Gesamtmasse minimieren und gleichzeitig Material in kritischen Bereichen konzentrieren. Darüber hinaus ist die Werkzeugausrüstung derjenigen für Metallkeramik vergleichbar und bei weitem billiger und weniger komplex als diejenige, die für Stanzen notwendig ist. Der Grad an Genauigkeit, der sich bei der Kaltformung erzielen lässt, ist gut genug, um bei vielen Anwendungen keine andere maschinelle Bearbeitung notwendig zu machen, als für die Herstellung der Ritzelwellenbohrungen nach der Ausbildung notwendig ist. Jedoch ist die Kaltformung etwas in ihrer Befähigung eingeschränkt, lange Strangpressungen kostengünstig herzustellen.
Zusätzlich führt das Drehmomentübertragungsverfahren, das in der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit eingesetzt wird, auch zu zusätzlichen Materialien, was zu erhöhtem Gewicht und Platzbedarf führt. Adapterplatten werden zwischen den entsprechenden drehenden Teilen des Ritzelträgers und Antriebsgehäuses angeordnet, um das Drehmoment vom einen zum anderen zu übertragen.
Es wäre wünschenswert, eine Drehmomentübertragungseinheit herzustellen, bei der die Produktionseffizienz maximiert und die Gewichts- und Herstellungskosten minimiert sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung und gleichlautend mit der vorliegenden Erfindung wurde überraschender Weise eine Drehmomentübertragungseinheit entdeckt, bei der die Produktionseffizienz maximiert und die Gewichts- und Herstellungskosten minimiert sind. Die Drehmomentübertragungseinheit umfasst: ein allgemein napfförmiges Außengehäuse mit einem offenen und einem geschlossenen Ende, wobei das geschlossene Ende mindestens einen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, das offene Ende des Außengehäuses dazu ausgelegt ist, mit einem ersten drehenden Teil in Wirkverbindung zu stehen; und ein allgemein scheibenförmiges inneres Teil mit einer zentralen Öffnung und einer Mittelachse, wobei das innere Teil mindestens einen Ansatz umfasst, der sich davon axial nach außen erstreckt und in den Schlitz des Außengehäuses eingreift, um eine Rotationsübertragung zwischen dem Außengehäuse und dem inneren Teil zu erleichtern, wobei die zentrale Öffnung dazu ausgelegt ist, mit einem zweiten drehenden Teil in Wirkverbindung zu stehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Vorstehendes, sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen klar:
1 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte perspektivische Ansicht einer Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit nach der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht der im zusammengebauten Zustand gezeigten Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit von 1; und
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit von 2.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nunmehr ist mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere 1 allgemein bei 10 eine in ihre Einzelteile zerlegte perspektivische Ansicht einer Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit bzw. Drehmomentübertragungseinheit gezeigt, die die Merkmale der Erfindung verkörpert. Die Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 umfasst ein Antriebsgehäuse 12 und einen Ritzelträger 14.
Das Antriebsgehäuse 12 ist ein allgemein napf- oder napfförmiges Außengehäuse mit einem offenen Ende 16, einem geschlossenen Ende 18 und einer Außenwand 20. Das geschlossene Ende 18 des Antriebsgehäuses 12 umfasst eine darin ausgebildete zentrale Öffnung 22. Eine ringförmige Anordnung von Schlitzen 24 ist im offenen Ende 18 ausgebildet und umgibt die Öffnung 22. Löcher 26 sind zwischen benachbarte Schlitze 24 gesetzt, um eine ringförmige Anordnung der Löcher 26 um die Öffnung 22 des geschlossenen Endes 18 zu bilden. Mehrere Zugangslöcher 28 sind in der Außenwand 20 des Antriebsgehäuses 12 ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform sind die Zugangslöcher 28 angrenzend an die Löcher 26 ausgebildet, um einen Zugang zu diesen bereitzustellen und den Zusammenbau der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 zu erleichtern. Eine sich nach außen erstreckende Lippe 30 umgibt das offene Ende 16 des Antriebsgehäuses 12. Mehrere Keilnuten oder Zähne 32 sind an einer Innenfläche der Lippe 30 ausgebildet.
Der Ritzelträger 14 ist ein allgemein scheibenförmiges Innenteil mit einer zentralen Drehachse A, einer ersten Seite 34 und einer zweiten Seite 36. Mehrere Ansätze 38 erstrecken sich von der zweiten Seite 36 angrenzend an einen Außenrand 40 des Ritzelträgers 14 axial nach außen. Ein zentraler Kranz 42 erstreckt sich von der ersten Seite 34 des Ritzelträgers 14 axial nach außen und hat eine in ihm ausgebildete zentrale Öffnung 44. Eine ringförmige Anordnung von Zähnen 46 ist an einer Innenfläche des Kranzes 42 ausgebildet und dazu ausgelegt, das Ende einer (nicht gezeigten) Welle darin aufzunehmen, wobei die Welle an einer Außenfläche ausgebildete Zähne aufweist. Eine ringförmige Anordnung von Löchern 48 ist im Ritzelträger 14 ausgebildet und so angeordnet, dass sie mit den im geschlossenen Ende 16 des Antriebsgehäuses 12 ausgebildeten Löchern 26 fluchtet.
Der Zusammenbau der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 erfolgt, indem das Antriebsgehäuse 12 und der Ritzelträger 14 wie gezeigt und beschrieben bereitgestellt werden. Die Ansätze 38 des Ritzelträgers 14 werden mit den Schlitzen 24 des Antriebsgehäuses 12 ausgerichtet. Sobald sie ausgerichtet sind, werden die Ansätze 38 in die entsprechenden Schlitze 24 eingeführt, bis ein Außenende jedes der Ansätze 38 im Wesentlichen bündig mit einer Außenfläche des geschlossenen Endes 18 ist. Bolzen oder Stäbe (nicht gezeigt) können durch die Löcher 26 und die Löcher 48 eingeführt werden, um zur Ausrichtung der Ansätze 38 und Schlitze 24 beizutragen. Die Stäbe oder Bolzen können, nachdem der Zusammenbau der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 fertiggestellt ist, nach Wunsch entfernt oder belassen werden. Sobald die Ansätze 38 eingeführt sind, werden sie an das Antriebsgehäuse 12 geschweißt, um einer Trennung des Antriebsgehäuses 12 und Ritzelträgers 14, wenn diese in Gebrauch sind, entgegenzuwirken. Wünschenswerte Ergebnisse wurden unter Verwendung von Laserschweißen erzielt, um die Ansätze 38 mit dem Antriebsgehäuse 12 zu verbinden, es sollte jedoch klar sein, dass auch andere Schweiß- und Verbindungsverfahren eingesetzt werden können. In der dargestellten Ausführungsform sind die Ansätze 38 an einem radial außenliegenden Abschnitt der Ansätze 38 angrenzend an die Außenfläche des geschlossenen Endes 18 des Antriebsgehäuses 12 an dieses angeschweißt. Selbstverständlich könnten die Ansätze 38 auch an einer anderen Stelle an das Antriebsgehäuse 12 angeschweißt werden, ohne dass dabei vom Umfang und Aussagegehalt der Erfindung abgewichen würde.
Nach erfolgtem Zusammenbau wird die Welle, die auf ihrer Außenfläche Zähne ausgebildet hat, durch die Öffnung 22 des geschlossenen Endes 18 des Antriebsgehäuses 12 und in die Öffnung 44 des Kranzes 42 so eingesteckt, dass sie in die darin ausgebildeten Zähnen 46 eingreift. Ein (nicht gezeigtes) drehendes Teil wird angrenzend an die Lippe 30 aufgenommen, um an deren Keilnuten 32 anzugreifen. Somit kann durch die Ritzelträgerund Antriebsgehäuseeinheit 10 die Drehung der Welle auf das drehende Teil oder vom drehenden Teil auf die Welle übertragen werden. Die Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 ist in einem Fahrzeuggetriebe besonders nützlich, es sollte aber klar sein, dass die Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 sich genauso auch in anderen Anwendungen einsetzen lässt.
Das Antriebsgehäuse 12 und der Ritzelträger 14 können durch ein beliebiges herkömmliches Herstellungsverfahren wie beispielsweise Stanzen, Schneiden, Ziehen, Kaltformen und Fließformen ausgebildet werden. Wünschenswerte Ergebnisse wurden erzielt, indem das Antriebsgehäuse unter Verwendung eines Fließ- oder Kaltformverfahrens und der Ritzelträger 14, der oftmals als „Napf" oder „Lagerbock" bezeichnet wird, durch Kaltverformung oder Stanzen ausgebildet wurde. Der Einsatz des Fließformens, das der Kaltformung ähnlich ist, kann das Material dort konzentrieren, wo es für die Festigkeit benötigt wird. Zusätzlich können extrem lange rohrförmige Abschnitte produziert werden, und es ist deshalb gut zur Herstellung des Antriebsgehäuse 12 der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 geeignet.
Es werden mehrere Vorteile erzielt, wenn das Antriebsgehäuse 12 und der Ritzelträger 14 unter Verwendung der beschriebenen Verfahren ausgebildet und zusammengebaut werden. Erstens wird eine zusammengesetzte Verbindung zwischen dem Ritzelträger 14 und dem Antriebsgehäuse 12 abgeschafft, welche typischerweise einen Haltering und zwei zueinander passende Keilnuten umfasst. Zweitens erhöht Kaltverfestigung des Antriebsgehäuses 12 dessen Festigkeit und somit kann die Masse des Antriebsgehäuses 12 im Vergleich zu einem gestanzten Antriebsgehäuse 12 bei derselben Drehmomentbelastbarkeit reduziert werden. Drittens wird eine bessere Ausrichtung kritischer Abschnitte der Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 mit minimiertem Spiel zwischen unnötigen Keilnutverbindungen bei gleichzeitig maximiertem Ausgleich festgestellt. Viertens kann die Materialdicke in der gesamten Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit 10 verändert werden, mit dickerem Material dort, wo es zur Anordnung der Ritzelwellen und zur Verwindungsfestigkeit des Planetenträgerabschnitts nötig ist, und dünnerem Material dort, wo es zulässig ist, wie beispielsweise am Antriebsgehäuse 12.
Aus der vorstehenden Beschreibung kann der gewöhnliche Fachmann leicht die wesentlichen Merkmale dieser Erfindung feststellen, und kann, ohne von deren Aussagegehalt und Rahmen abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen Verwendungen und Bedingungen anzupassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Verbesserung bei der Herstellung und des sich ergebenden Aufbaus einer Drehmomentübertragungseinheit zur Verwendung in einem Fahrzeuggetriebe, welches ein Drehmoment von einem ersten drehenden Teil auf ein zweites drehendes Teil überträgt, wobei die Produktionseffizienz maximiert und die Produktionskosten minimiert sind.

Claims

Drehmomentübertragungseinheit, die Folgendes umfasst: ein allgemein napfförmiges Außengehäuse mit einem geschlossenen Ende und einem offenen Ende, wobei das geschlossene Ende mindestens einen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, wobei das offene Ende des äußeren Gehäuses dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem ersten drehenden Teil zu stehen; und ein allgemein scheibenförmiges inneres Teil mit einer zentralen Öffnung und einer Mittelachse, wobei das innere Teil mindestens einen Ansatz umfasst, der sich davon axial nach außen erstreckt und in den Schlitz des äußeren Gehäuses eingreift, um eine Rotationsübertragung zwischen dem äußeren Gehäuse und dem inneren Teil zu erleichtern, wobei die zentrale Öffnung dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem zweiten drehenden Teil zu stehen.
Einheit nach Anspruch 1, wobei das Außengehäuse ein Antriebsgehäuse ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei das innere Teil ein Ritzelträger ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei der Ansatz des inneren Teils an das geschlossene Ende des Außengehäuses geschweißt ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei das innere Teil einen zentralen Kranz umfasst, der die zentrale Öffnung des inneren Teils umgibt, das sich in einer zum Ansatz entgegengesetzten Richtung axial nach außen erstreckt.
Einheit nach Anspruch 5, wobei eine ringförmige Anordnung von Zähnen an einer Innenfläche des Kranzes ausgebildet ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei das Außengehäuse eine sich nach außen erstreckende Lippe umfasst, die das offene Ende des Außengehäuses umgibt.
Einheit nach Anspruch 7, wobei das Außengehäuse mehrere Keilnuten umfasst, die auf einer Innenfläche der Lippe ausgebildet sind, um das erste drehende Teil in Eingriff zu nehmen.
Drehmomentübertragungseinheit, die Folgendes umfasst: ein Antriebsgehäuse mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende, wobei das geschlossene Ende mehrere darin ausgebildete Schlitze umfasst, wobei das offene Ende des Antriebsgehäuses dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem ersten drehenden Teil zu stehen; und einen Ritzelträger mit einer zentralen Öffnung und einer Mittelachse, wobei der Ritzelträger mehrere Ansätze umfasst, die sich davon axial nach außen erstrecken und in die Schlitze des Antriebsgehäuses eingreifen, um eine Rotationsübertragung zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Ritzelträger zu erleichtern, wobei die zentrale Öffnung dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem zweiten drehenden Teil zu stehen.
Einheit nach Anspruch 9, wobei die Ansätze des Ritzelträgers an das geschlossene Ende des Antriebsgehäuses geschweißt sind.
Einheit nach Anspruch 9, wobei die Ansätze des Ritzelträgers mit Laser an das geschlossene Ende des Antriebsgehäuses geschweißt sind.
Einheit nach Anspruch 9, wobei der Ritzelträger einen zentralen Kranz umfasst, der die zentrale Öffnung des Ritzelträgers umgibt, der sich in einer zu den Ansätzen entgegengesetzten Richtung axial nach außen erstreckt.
Einheit nach Anspruch 12, wobei eine ringförmige Anordnung von Zähnen an einer Innenfläche des Kranzes ausgebildet ist.
Einheit nach Anspruch 9, wobei das Antriebsgehäuse eine sich nach außen erstreckende Lippe umfasst, die das offene Ende des Antriebsgehäuses umfasst.
Einheit nach Anspruch 14, wobei das Antriebsgehäuse mehrere Keilnuten umfasst, die auf einer Innenfläche der Lippe ausgebildet sind, um das erste drehende Teil in Eingriff zu nehmen.
Verfahren zur Herstellung einer Ritzelträger- und Antriebsgehäuseeinheit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Antriebsgehäuses mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende, wobei das geschlossene Ende mehrere darin ausgebildete Schlitze aufweist, wobei das offene Ende des Antriebsgehäuses dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem ersten drehenden Teil zu stehen; und Bereitstellen eines Ritzelträgers mit einer zentralen Öffnung und einer Mittelachse, wobei der Ritzelträger mehrere Ansätze umfasst, die sich davon axial nach außen erstrecken, wobei die zentrale Öffnung dazu ausgelegt ist, in Wirkverbindung mit einem zweiten drehenden Teil zu stehen; und Einführen der Ansätze des Ritzelträgers in die Schlitze des Antriebsgehäuses, um eine Rotationsübertragung zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Ritzelträger zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 16, den Schritt umfassend, die Ansätze des Ritzelträgers an das geschlossene Ende des Antriebsgehäuses zu schweißen.
Verfahren nach Anspruch 16, den Schritt umfassend, die Ansätze des Ritzelträgers mit Laser an das geschlossene Ende des Antriebsgehäuses zu schweißen.
Verfahren nach Anspruch 16, den Schritt umfassend, das Antriebsgehäuse durch Kaltformen herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 16, den Schritt umfassend, das Antriebsgehäuse durch Fließformen herzustellen.