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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gehäuse für einen Differentialradsatz, insbesondere ein Gehäuse, das in zwei Stücke teilbar ist, jedoch nach der Montage durch Schweißen einteilig ausgebildet werden kann.
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STAND DER TECHNIK
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Wie allgemein bekannt ist, umfasst ein Fahrzeug ein oder mehrere Differentialgetriebe und jedes von ihnen weist einen Differentialradsatz auf, um eine Differenzbewegung zwischen den Ausgangswellen zu ermöglichen, der beispielsweise ein in ein Differentialgehäuse eingeleitetes Drehmoment an das Paar Ausgangswellen überträgt.
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In manchen Fällen kann gleichzeitig ein beliebiger Mechanismus zum Begrenzen der differentiellen Bewegung in dem Differentialgehäuse vorgesehen sein. Um einen derartigen Mechanismus oder ähnliches in dem Gehäuse aufzunehmen, kann ein zweiteiliges Gehäuse verwendet werden, das in zwei oder mehr Teile teilbar ist. Im Falle eines zweiteiligen Gehäuses wird ein Zahnkranz an dem Gehäuse befestigt, nachdem Komponenten in das Gehäuse eingebracht wurden, ein Deckel an dem Gehäuse angebracht wurde und die beiden Teile zusammen verschraubt oder gefügt wurden. Da Bolzen einem Drehmoment, das von dem Zahnkranz auf das Gehäuse übertragen wird, standhalten müssen, müssen diese Bolzen von einem großen Typ sein und eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
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Techniken wurden vorgeschlagen, bei denen Schweißen anstatt von Befestigungselementen verwendet wird. Die PTL 1 und 2 offenbaren zugehörige technische Lehren.
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Verzeichnis
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Patentliteratur
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- PTL 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-91046
- PTL 2: Veröffentlichte US-Patentanmeldung 2007/0287570 A1
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Obwohl die zuvor erwähnten technischen Lehren eine Verbindung durch Schweißen ermöglichen, müssen das Gehäuse und der Deckel komplexe Strukturen aufweisen. Diese komplexen Strukturen haben negative Auswirkungen auf das Ziel nach Bearbeitungsgenauigkeit und heben natürlich die Fertigungskosten erheblich.
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Der Gegenstand der im Folgenden offenbart wird, stellt eine einfache Struktur bereit und ermöglicht trotzdem ein festes Fügen durch Schweißen.
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Ein Gehäuse für einen Differentialradsatz umfasst gemäß einem Aspekt Folgendes: einen Träger, der um eine Achse drehbar ist und den Differentialradsatz trägt, wobei der Träger eine Passfläche, die eine zylindrische Fläche um die Achse bildet, und einen Flansch umfasst, der radial von der Passfläche vorsteht und eine Anlagefläche hat, die in eine axiale Richtung gerichtet ist; einen Deckel, der zusammen mit dem Träger einen Raum zum Aufnehmen des Differentialradsatzes definiert, wobei der Deckel einen Randabschnitt umfasst, der derart axial vorsteht, dass er auf einen äußeren Umfang des Flansches passt, und derart bemessen ist, dass eine Endfläche des Randabschnitts mit der Anlagefläche ausgerichtet ist; einen Zahnkranz, der eine innere Umfangsfläche, die auf die Passfläche passt, eine Rückfläche, die zumindest teilweise mit der Anlagefläche in Kontakt ist, und eine Verzahnung zur Aufnahme eines Drehmoments um die Achse umfasst; und ein Schweißmetall, das den Träger, den Deckel und den Zahnkranz zusammenfügt, wobei eines oder mehrere von der Anlagefläche des Trägers, der Endfläche des Deckels und der Rückfläche des Zahnkranzes derart bemessen sind, dass sie eine kreisförmige Nut vorhalten, die nach außen geöffnet ist und bis zu einer Verbindungstelle zwischen der Rückfläche und der Anlagefläche reicht, und das Schweißmetall die Nut ausfüllt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Aufrissschnittansicht eines Differentialgetriebes und eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform.
- 2 ist eine Aufrissschnittansicht eines Trägers, die einen Endabschnitt in einer vergrößerten Ansicht darstellt.
- 3 ist eine Aufrissschnittansicht eines Deckels, die einen Randabschnitt in einer vergrößerten Ansicht darstellt.
- 4 ist eine Aufrissschnittansicht eines Zahnkranzes, die eine innere Umfangsfläche und eine Rückfläche in einer vergrößerten Ansicht darstellt.
- 5 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem ersten Beispiel zusammengefügt sind.
- 6 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem zweiten Beispiel zusammengefügt sind.
- 7 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem dritten Beispiel zusammengefügt sind.
- 8 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem vierten Beispiel zusammengefügt sind.
- 9 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem fünften Beispiel zusammengefügt sind.
- 10 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes, die gemäß einem sechsten Beispiel zusammengefügt sind.
- 11 ist eine Aufrissschnittansicht des Trägers, des Deckels und des Zahnkranzes nach dem Verschweißen.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsbeispiele werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist eine axiale Richtung als eine Richtung entlang einer Drehachse eines Differentials definiert, wenn nicht anders beschrieben. Wenn ferner zwischen oben und unten oder rechts und links unterschieden wird, so ist dies lediglich zur einfacheren Erklärung und beschränkt die Ausführungsformen daher nicht. Beschreibungen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Beispiel eines schlupfbegrenzenden Differentials (limited-slip differential -LSD) mit einem Kegelradsatz gegeben, wobei die vorliegenden Ausführungsformen auch auf Differentiale eines beliebigen Typs anwendbar sind.
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Bezugnehmend auf 1 umfasst ein Differentialgetriebe 1 im Allgemeinen ein Träger 3, einen Deckel 5, einen Zahnkranz 7 und einen Differentialradsatz 11. Der Differentialradsatz 11 wird durch den Träger 3 getragen und dreht sich dadurch zusammen mit diesem. Während der Drehmomenteingang über den Zahnkranz 7 den Träger 3 in eine Drehbewegung versetzt, wird das Eingangsdrehmoment auf die rechte und die linke Achse differentiell verteilt, da der Differentialradsatz 11 eine differentielle Bewegung zwischen rechtem und linkem Seitenrad ermöglicht.
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Der Träger 3 ist ein Behälter mit einer Form, die einer Schale ähnelt, der zum Beispiel aus einem Gusseisen hergestellt ist. Als Gusseisen kann JIS FCD450 oder FCD600 oder ASTM 65-45-12 oder 80-55-06 verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein.
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In dem Träger 3 können ferner eine Mehrscheibenkupplung 13 zum Begrenzen der differentiellen Bewegung und ein Nockenelement 9 zum Ansteuern derselben und jede beliebige andere Komponente integriert sein. Diese Komponenten können ordnungsgemäß nach dem Typ des Differentials ausgewählt werden und sind daher keine unverzichtbaren Elemente.
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Bezugnehmend auf 2 ist der Träger 3 bei Nichtvorhandensein des Deckels 5 an einem Ende (dem linken Ende in der Zeichnung) geöffnet und der Rädersatz 11 und die anderen Komponenten können durch die Öffnung eingebracht werden. Der Deckel 5 ist mit einer Endfläche 31 um die Öffnung in Kontakt. Die Endfläche 31 kann mehrere Schraubenlöcher zum Befestigen des Deckels haben.
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Ein Flansch steht von einem zur Endfläche 31 benachbarten Teil radial nach außen vor und ein Randabschnitt des Deckels 5 passt auf eine äußere Umfangsfläche 35 des Flansches. Ferner umfasst der Träger 3 benachbart zu dem Flansch eine Passfläche 39, die eine zylindrische Fläche bildet, die um die Achse symmetrisch ist. Der Zahnkranz 7 passt auf diese Passfläche 39. Die Passfläche 39 ist im Durchmesser vorzugsweise leicht größer als der Hauptkörper des Trägerteils 31. Ferner ist eine Rückfläche des Zahnkranzes 7 mit einer Anlagefläche 37 des Flansches in Kontakt, die hin zu der Passfläche 39 gerichtet ist. Eine an der hierzu entgegengesetzten Seite befindliche Fläche 33 ist zu einer inneren Fläche des Deckels 5 entgegengesetzt, aber nicht notwendigerweise in Kontakt mit dem Deckel 5.
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Bezugnehmend auf 3 ist der Deckel 5 ein im Allgemeinen runder Verschluss, der zum Beispiel aus einem beliebigen kohlenstoffarmen Stahl hergestellt ist. Als kohlenstoffarmer Stahl können JIS S30C oder S32C, ISO C30, AISI/SAE 1030 oder dergleichen verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Der Deckel 5 umfasst die innere Fläche 51, mit der die Endfläche 31 des Trägerteils 3 in Kontakt sein soll. Während der Deckel 5 ferner eine weitere innere Fläche 53 haben kann, die sich von der inneren Fläche 51 unterscheidet, wie aus 1 hervorgeht, soll diese innere Fläche 53 nicht mit einer Fläche 33 als ihr Gegenstück des Trägerteils 3 in Kontakt sein. Insbesondere kann nur der Kontakt zwischen der Endfläche 31 und der inneren Fläche 51 das Trägerteil 3 und die Deckel 5 axial positionieren.
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Der Randabschnitt des Deckels 5 steht in axialer Richtung hin zum Träger 3 weiter vor als die inneren Flächen 51, 53 und passt auf den Flansch des Trägers 3. Eine innere Umfangsfläche 55 des Randabschnitts ist derart bemessen, dass sie mit der äußeren Umfangsfläche 35 des Flansches eng in Kontakt ist, so dass der Träger 3 und der Deckel 5 radial positioniert sind. Um sie im positionierten Zustand zu fixieren, kann eine Befestigung durch Bolzen oder dergleichen verwendet werden und der Deckel 5 kann Durchgangslöcher passend zu den zuvor erwähnten Bolzenlöchern haben.
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Eine Endfläche 57 des Randabschnitts, die dem Zahnkranz 7 gegenüberliegt, wie später ausführlicher beschrieben wird, ist eine Fläche, die zum Verschweißen mit dem Träger 3 und dem Zahnkranz 7 dient. Die Endfläche 57 ist, wenn der Deckel 5 auf dem Träger 3 montiert ist, im Allgemeinen mit der Anlauffläche 37 des Trägers 3 ausgerichtet, um vorzugsweise eine einzige Einheitsebene zu bilden. Zu diesem Zweck kann eine Breite W zwischen der inneren Fläche 51 und der Endfläche 57 identisch zu einer Breite zwischen der Endfläche 31 des Trägers 3 und der Anlauffläche 37 hergestellt sein.
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Bezugnehmend auf 4 ist der Zahnkranz 7 ein kreisförmiges Element, das zum Beispiel aus einem Chrom-Molybdän-Stahl hergestellt ist, und hat eine ringförmige Verzahnung. Als Chrom-Molybdän-Stahl können JIS SCM420, ISO 18CrMo4, A-ISI/SAE 4130 oder dergleichen verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Nach einem Bearbeiten eines beliebigen davon, kann die Verzahnung durch Aufkohlen gehärtet werden.
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Der Zahnkranz 7 hat, von der Verzahnung aus betrachtet, an der Rückseite oder an dem inneren Umfang davon eine Struktur, um mit dem Träger 3 und dem Deckel 5 verbunden zu werden. Eine innere Umfangsfläche 75 in dieser Struktur passt auf die Passfläche 39 des Trägers 3 und eine Rückfläche 71 in dieser Struktur ist zumindest teilweise mit der Anlagefläche 37 des Flansches in Kontakt und diese steht von dem Hauptkörper des Zahnkranzes 7 leicht axial vor, so dass die Rückfläche 71 nach radial außen geöffnet ist. Die Kante zwischen der Rückfläche 71 und der inneren Umfangsfläche 75 kann abgeschrägt sein.
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Wie aus den Beschreibungen oben hervorgeht, passen das Trägerteil 3, der Deckel 5 und der Zahnkranz 7 zusammen und kommen miteinander in Kontakt, wie in 5 bis 10 gezeigt ist, um sich gegenseitig zu positionieren. Um den Zahnkranz 7 auf dem Träger 3 zu montieren, kann eine Schrumpfpassung oder eine Presspassung verwendet werden. Nach dem Kombinieren und Positionieren dieser drei Komponenten, werden diese drei Komponenten gleichzeitig zusammengeschweißt, wobei in diesem Zustand eine Nut 15A - 15F zuvor zwischen diesen Komponenten vorgehalten werden kann. Da die Rückfläche 71, wie oben beschrieben, leicht axial vorsteht, ist die Nut 15A - 15F nach radial außen exponiert und ist daher fertig zum Schweißen. Die Nut 15A - 15F kann im Querschnitt in einer V-Form oder in einer beliebigen anderen Form ausgebildet sein.
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Zum Beispiel kann der äußere Randbereich der Rückfläche 71 des Zahnkranzes 7 abgeschrägt sein, um die Nut vorzuhalten, und der Winkel θ einer weg von der Rückfläche 71 abgeschrägten Fläche 73 beträgt zum Beispiel mehr als 0 Grad und nicht mehr als 15 Grad. Wenn die Rückfläche 71, die die abgeschrägte Fläche 73 aufweist, mit der Anlauffläche 37 in Kontakt gebracht wird, wird die Nut 15A zwischen den drei Komponenten vorgehalten, wie in 5 gezeigt ist.
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Anstatt die Rückfläche 71 abzuschrägen, kann entweder die Anlauffläche 37 oder die Endfläche 57 oder beide abgeschrägt sein. Wenn die Rückfläche 71 mit der Anlauffläche 37 in Kontakt gebracht wird, wird die Nut 15B zwischen den drei Komponenten vorgehalten, wie in 6 gezeigt ist.
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Selbstredend können jedes von der Rückfläche 71, der Anlauffläche 37 und der Endfläche 57, wie in 7 gezeigt, abgeschrägt sein. Die Nut 15C wird zwischen den drei Komponenten vorgehalten. Diese Form ist bezüglich des Verschweißens vorteilhafter als die zwei zuvor beschriebenen Beispiele.
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Alternativ können auch nur die Rückfläche 71 und die Endfläche 57 abgeschrägt sein. In diesem Fall, wie in 8 gezeigt, wird die Nut 15D zwischen der Rückfläche 71 und der Endfläche 57 vorgehalten aber die Nut 15D kann die Verbindungsstelle zwischen der Rückfläche 71 und der Anlauffläche 37 erreichen. Diese Variante ist gegenüber den anderen bezüglich einer Reduktion des Bearbeitungsaufwandes von Vorteil.
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In jedem der Beispiele oben ist der Boden der Nut scharf eingeschnitten und insbesondere in einer sogenannten V-Form ausgebildet. Der Boden 15E kann jedoch, wie in 9 gezeigt, gerundet oder in einer flachen oder einer beliebigen anderen Form ausgebildet sein. Diese Formen sind zum Fördern eines Durchdringens von Schweißmetall im Bodenbereich der Nut vorteilhafter, als es diejenigen der anderen Beispiele sind.
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Während in jedem der obigen Beispiele die Endfläche 57 im Allgemeinen mit der Anlauffläche 37 des Flansches des Trägers 3 ausgerichtet ist, um eine einzige Einheitsebene zu bilden, ist dies dennoch nicht notwendig, wie in 10 gezeigt ist. Solange die Rückfläche 71 abgeschrägt ist, kann der Boden der Nut 15F die Verbindungsstelle zwischen der Rückfläche 71 und der Anlauffläche 37 erreichen, und daher kommt es zu keinen Problemen beim Schweißen. Dieses Beispiel ist zur Minderung der notwendigen Bearbeitungsgenauigkeit vorteilhafter, als es die anderen Beispiele sind.
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In jedem Fall erreicht die Nut 15A - 15F nicht nur die Verbindungsstelle zwischen dem Deckel 5 und dem Zahnkranz 7, sondern auch die Verbindungsstelle zwischen dem Träger 3 und dem Zahnkranz 7, um eine gegenseitige Integration dieser drei Komponenten durch Schweißen sicherzustellen. Die Nut 15A - 15F ist vorzugsweise vollständig umlaufend um die Achse ausgebildet.
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Schweißen kann zum Beispiel durch Laserschweißen ausgeführt werden. Der Deckel 5 und der Zahnkranz 7 sind zusammen montiert, wie in 5 bis 10 gezeigt ist, ein Laser ist auf das Innere der Nut 15A - 15F gerichtet und strahlt von der radialen Außenseite zu der Innenseite davon, wobei der Träger 3, der Deckel 5 und der Zahnkranz 7 gemeinsam gedreht werden. Dann, wie in 11 gezeigt, dringt Schweißmetall 15W in das Innere der Nut 15A - 15F, um diese drei Komponenten zu verbinden.
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Anstatt des Laserschweißens ist jedes beliebige andere Schweißverfahren anwendbar, wie etwa Elektronenstrahlschweißen oder Plasmaschweißen. Durch das Elektronenstrahlschweißen kann zum Beispiel eine Schweißzone mit ausreichender Dicke wirksam hergestellt werden.
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Das Schweißen wird vorzugsweise vollständig umlaufend um die Achse fortgesetzt. Eine Befestigung durch Schrauben kann dort weiter nach dem Schweißen gelassen werden oder die Schrauben können alternativ entfernt werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden der Träger 3 und der Zahnkranz 7 direkt durch Schweißen zusammengefügt. Drehmoment wird über den Zahnkranz 7 eingeleitet und an den Träger 3 übertragen, da aber der Zahnkranz 7 direkt mit dem Trägerteil 3 verbunden ist, und dadurch die Schweißzone die Übertragung des Drehmoments übernimmt, sind die Bolzen unnötig, um der Drehmomentübertragung standzuhalten, und können, wenn gewünscht, entfallen. Dies verringert Zweifel bezüglich eines Versagens von Bolzen durch Ermüdung und stellt daher eine tragfähige Struktur bereit.
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Des Weiteren werden der Träger 3, der Deckel 5 und der Zahnkranz 7 präzise positioniert, lediglich durch Passen und in Anlage bringen der Komponenten. Dies erfordert keine zusätzlichen definierten Mittel zum Sicherstellen von Genauigkeit.
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Der Träger 3, der Deckel 5 und der Zahnkranz 7 sind durch Schweißen zusammen gefügt, es können aber jeweils unterschiedliche Materialen für Sie verwendet werden. Da es unnötig ist, ein identisches Material alle Teile zu verwenden, kann eine Kostensenkung erreicht werden und ein optimales Material kann für jede Komponente eingesetzt werden.
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Ferner gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jede komplexe Struktur unnötig, die zum Schweißen angepasst ist. Ferner ist lediglich ein Schweißvorgang notwendig, um die Integration des Trägers 3, des Deckels 5 und des Zahnkranzes 7 zu vervollständigen. Ein Schweißen zwischen dem Trägerteil 3 und dem Zahnkranz 7 und ein hierzu separates Schweißen zwischen dem Trägerteil 3 und dem Deckel 5 sind nicht notwendig, wodurch eine kostengünstige Integration ermöglicht wird.
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In einem Fall, in dem einzelne Schweißvorgänge auf jeder Stelle ausgeführt werden, würde eine thermische Verformung eine Asymmetrie erzeugen, die zu signifikanten Problem bei drehenden Maschinen führen kann, wie etwa einem Differentialgetriebe. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Schweißzone kontinuierlich um die Achse, und die Verformung bildet sich daher in einer rotationssymmetrischen Form aus, was nicht zu einem signifikanten Problem führt.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben sind. Veränderungen und Variationen der Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, werden für Fachleute auf dem Gebiet vor dem Hintergrund der Erläuterungen oben hervorgehen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Offenlegung stellt ein Gehäuse mit einer einfachen Struktur bereit, die jedoch eine feste Verbindung durch Schweißen ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010091046 [0004]
- US 2007/0287570 A1 [0004]
