DE112017001819T5

DE112017001819T5 - Überformtes Differenzialaußenrad

Info

Publication number: DE112017001819T5
Application number: DE112017001819.6T
Authority: DE
Inventors: Carl A. Koerschner; Adam Turner; Hosam Z. Abdu; Charles V. Rupert
Original assignee: Metaldyne LLC
Current assignee: Metaldyne LLC
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20200300348A1; WO2017173435A1; CN109195725A

Abstract

Es ist eine Differenzialanordnung offenbart. Die Differenzialanordnung umfasst ein Außenrad und ein Gehäuse. Das Außenrad und das Gehäuse können verschiedene Materialien umfassen. Das Außenrad kann ein Eisenmaterial umfassen und kann durch das Gehäuse überformt werden. Das Gehäuse kann ein Nicht-Eisen-Material umfassen. In dem Außenrad können Zähne ausgebildet sein. Die Zähne können durch Induktionshärten gehärtet werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzialanordnung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein überformtes Außen- bzw. Ringrad für eine Differenzialanordnungskonfiguration, die für viele verschiedene Anordnungen geeignet ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, ein Differenzial für ein Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND
Ein Differenzial ist ein Teil eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, der es ermöglicht, dass ein Motor ein Drehmoment und eine Drehung auf Räder überträgt. Das Differenzial ermöglicht die Drehung eines äußeren Antriebsrads mit einer Geschwindigkeit, die von derjenigen eines inneren Antriebsrads verschieden ist, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Es umfasst Zahnräder oder einen Getriebezug, die oder der durch eine Antriebswelle angetrieben werden oder wird, so dass Abtriebswellen, die mit den Zahnrädern verbunden sind, angetrieben werden.
Eine Antriebswelle ist mit einem Ritzel verbunden und das Ritzel treibt ein Außenrad des Differenzials an. Das Außenrad ist an einem Differenzialgehäuse angebracht und kann Zähne zum Antreiben von anderen Zahnrädern oder Ritzeln umfassen. Herkömmlich verbinden Schrauben bzw. Bolzen das Außenrad mit einem Differenzialgehäuse, um eine Bewegung des Außenrads in Bezug auf das Differenzialgehäuse zu verhindern. In anderen Beispielen können Außenräder an das Differenzialgehäuse geschweißt oder gelötet werden.
Ein Schweißen oder Löten bringt herkömmlich Beschränkungen bezüglich der Anzahl und des Typs von Materialien mit sich, die verwendet werden können. Schrauben bzw. Bolzen und andere Befestigungsmittel erhöhen das Gewicht und die Komplexität der Anordnung. Ferner erfordern diese Verfahren zusätzliche Teile, Materialien, Schritte und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Nachstehend ist eine Zusammenfassung dieser Offenbarung für ein Grundverständnis einiger Aspekte angegeben. Diese Zusammenfassung soll weder Schlüsselelemente oder kritische Elemente angeben, noch irgendwelche Beschränkungen von Ausführungsformen oder Ansprüchen festlegen. Ferner kann diese Zusammenfassung einen vereinfachten Überblick über einige Aspekte angeben, die in anderen Abschnitten dieser Offenbarung detaillierter beschrieben werden können.
Eine Differenzialanordnung kann ein Außenrad und ein Gehäuse umfassen. Das Außenrad kann ein Eisenmaterial umfassen und das Gehäuse kann ein Nicht-Eisen-Material umfassen. Das Außenrad kann gekrümmte Zähne umfassen, die funktionell mit Ritzeln oder Zahnrädern eines Antriebsstrangs in Eingriff kommen. Das Außenrad kann mit dem Gehäuse überformt sein. Das Nicht-Eisen-Gehäuse kann das Gewicht senken, während es Betriebsstandards für die Festigkeit und die Elastizität erfüllt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Differenzialanordnung kann das Koppeln eines Gehäuses mit einem Außenrad ermöglichen, ohne dass Befestigungsmittel erforderlich sind. Das Verfahren kann ferner das Bilden eines Außenrads aus einem Eisenmaterial umfassen. Das Außenrad kann mit einem Nicht-Eisen-Gehäuse überformt sein. In dem Außenrad können Zähne ausgebildet sein. Die Zähne können mittels eines lokalen Erwärmungsvorgangs gehärtet werden. Das Verfahren kann ferner das Bearbeiten des Gehäuses und des Außenrads nach dem Verbinden des Außenrads und des Gehäuses umfassen.
Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen offenbaren verschiedene veranschaulichende Aspekte. Einige Verbesserungen und neue Aspekte können explizit angegeben sein, während sich andere aus der Beschreibung und den Zeichnungen ergeben.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen verschiedene Systeme, Vorrichtungen, Einrichtungen und entsprechende Verfahren, wobei entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile angeben, und worin:

1 eine Seitenansicht einer Differenzialanordnung, die ein Außenrad umfasst, das mit einem Gehäuse verbunden ist, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
2 eine Seitenquerschnittsansicht der Differenzialanordnung von 1 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist;
3A eine Vorderansicht eines Außenrads für eine Differenzialanordnung, die Vorwölbungen umfasst, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist;
3B eine Querschnittsansicht des Außenrads von 3A entlang der Linie BB gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist;
4 eine Seitenquerschnittsansicht des Außenrads von 3A entlang der Linie AA gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
5 eine Seitenquerschnittsansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von Vorwölbungen von einer Innenoberfläche umfasst, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
6 eine Seitenquerschnittsansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von Vorwölbungen von einer Innenoberfläche umfasst, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
7 eine Seitenquerschnittsansicht eines Außenrads, das eine aufgeraute Innenoberfläche umfasst, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
8 eine Vorderansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von Vorwölbungen umfasst, die sich von einer Innenoberfläche erstrecken, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
9 eine Vorderansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von Öffnungen umfasst, die durch eine Innenoberfläche des Rings ausgebildet sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
10 eine Vorderansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von kreisförmigen Öffnungen umfasst, die durch eine Innenoberfläche des Rings ausgebildet sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
11 eine Vorderansicht eines Außenrads, das eine Mehrzahl von Rillen umfasst, die durch eine Innenoberfläche des Rings ausgebildet sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt;
12 eine Vorderansicht der Differenzialanordnung von 1 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist;
13 eine Querschnittsansicht der Differenzialanordnung von 1 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen von vorne ist; und
14 ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Differenzials gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird auf beispielhafte Ausführungsformen Bezug genommen, wobei Beispiele dafür in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es sollte beachtet werden, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle und funktionelle Änderungen durchgeführt werden können. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert oder verändert werden. Als solche ist die vorliegende Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung angegeben und soll die verschiedenen Alternativen und Modifizierungen, die mit den angegebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, in keinerlei Weise beschränken. In dieser Offenbarung sorgen zahlreiche spezifische Details für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung. Es sollte beachtet werden, dass Aspekte dieser Offenbarung mit anderen Ausführungsformen ausgeführt werden können, die nicht notwendigerweise alle hier beschriebenen Aspekte, usw., umfassen.
Wie hier verwendet, stehen die Begriffe „Beispiel“ und „beispielhaft“ für einen Fall oder eine Veranschaulichung. Der Begriff „Beispiel“ oder „beispielhaft“ gibt keinen Schlüsselaspekt oder bevorzugten Aspekt oder keine Schlüsselausführungsform oder bevorzugte Ausführungsform an. Der Begriff „oder“ soll einschließlich und nicht ausschließlich sein, falls sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt. Als ein Beispiel umfasst der Ausdruck „A nutzt B oder C“ jedwede einschließliche Permutation (z.B. A nutzt B, A nutzt C oder A nutzt sowohl B als auch C). Als weiterer Gegenstand sollen die Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ und „eines“ im Allgemeinen für „ein oder mehrere“ stehen, falls sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt.
Während Ausführungsformen und Beispiele ein Differenzial für ein Fahrzeug beschreiben, sollte beachtet werden, dass die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, auf verschiedene Anwendungen angewandt werden können, einschließlich Kraftfahrzeuge, Luftfahrzeuge, persönliche Transportsysteme (z.B. Motorroller) oder dergleichen. Als solche werden Bezugnahmen auf ein Fahrzeug als beispielhafte Ausführungsformen aus Gründen der Erläuterung und der Klarheit verwendet. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegenden Lehren nicht auf solche Beispiele beschränkt sind.
Ein Differenzial umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse und eine Anzahl von Zahnrädern, Ritzeln und dergleichen. Die Zahnräder und Ritzel können als Zahnradsatz bezeichnet werden. Dieser Zahnradsatz kann den Betrieb von Rädern eines Fahrzeugs bei verschiedenen Geschwindigkeiten ermöglichen. Beispielsweise wenn ein Fahrzeug eine Kurve fährt, kann ein erstes oder inneres Rad (z.B. das Rad auf der kurveninneren Seite bei der Kurvenfahrt) mit einer geringeren Geschwindigkeit angetrieben werden als ein zweites oder äußeres Rad. Dies kann zu einer verbesserten Kontrolle des Fahrzeugs verglichen mit Fahrzeugen führen, die kein Differenzial umfassen.
In einigen Systemen, wie z.B. Kraftfahrzeugsystemen, können die Komponenten des Differenzials Kräften ausgesetzt sein, die es erfordern, dass die Komponenten eine bestimmte oder festgelegte Festigkeit aufweisen. Beispielsweise können Kraftfahrzeuge (z.B. Autos, Lastkraftwägen, landwirtschaftliche Fahrzeuge, usw.) erfordern, dass Komponenten aus Eisenmaterialien ausgebildet sind (z.B. Eisen, Gusseisen, Stahl, usw.). In einigen Anwendungen muss eine oder mehrere Komponente(n) des Differenzials nicht die Festigkeit von solchen Eisenmaterialien aufweisen. Eine solche Anwendung kann es einem Differenzialgehäuse ermöglichen, aus einem leichteren Material, wie z.B. Aluminium, Magnesium, Kupfer, Blei, Nickel, Zinn, Titan, Zink, Legierungen oder dergleichen, hergestellt zu werden. Solche Materialien weisen gegebenenfalls nicht dieselbe Festigkeit wie Eisenmaterialien auf, können jedoch ein geringeres Gewicht aufweisen, billiger sein und/oder für bestimmte Anwendungen mehr als ausreichend sein.
Als ein Beispiel wird, da kraftstoffsparende Kraftfahrzeuge stärker ins Bewußtsein der Verbraucher rücken, das Fahrzeuggewicht wichtiger. Darüber hinaus üben leichtere Fahrzeuge verglichen mit schwereren, herkömmlichen Fahrzeugen ein geringeres Belastungsausmaß auf ein Differenzial aus. Aus diesen und anderen Gründen können Komponenten eines Differenzials aus leichteren Materialien hergestellt werden, als sie herkömmlich verwendet wurden. In einem anderen Aspekt können die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren die Herstellungsschritte, die Kosten und/oder die Anzahl von Komponenten des Differenzials vermindern.
In mindestens einer Ausführungsform kann ein Differenzialgehäuse ein gießfähiges Metall umfassen, das innerhalb eines und/oder um einen Abschnitt eines Außenrads gegossen worden ist. Das Außenrad kann Stahl oder ein anderes Eisenmetall mit einer gewünschten Festigkeit zum Antreiben von Ritzeln und/oder Radachsen aufweisen. Das Außenrad kann als ein im Wesentlichen kreisförmiger Ring mit einer inneren Oberfläche oder Innenoberfläche ausgebildet sein. Das Außenrad kann in einem Formwerkzeug angeordnet werden. Ein Material kann in dem Formwerkzeug zur Bildung des Gehäuses angeordnet werden, so dass das Gehäuse direkt die Innenoberfläche des Außenrads kontaktiert. Dies kann das Außenrad direkt mit dem Gehäuse verbinden oder koppeln. Es sollte beachtet werden, dass das Außenrad während des Gießvorgangs darauf ausgebildete Zähne aufweisen kann oder nicht. Beispielsweise wenn die Zähne vor dem Gießen ausgebildet werden, sollte darauf geachtet werden, dass die Zähne während des Gießvorgangs nicht beschädigt oder verformt werden. In weiteren Beispielen können die Zähne nach dem Gießen ausgebildet werden. Wenn sie nach dem Gießen ausgebildet werden, können die Zähne anschließend gehärtet werden, wie z.B. durch ein Induktionshärtungsverfahren.
Bei einem Induktionshärtungsverfahren können die Zähne durch Induktionserwärmen selektiv erwärmt werden und dann abgeschreckt werden. Die abgeschreckten Zähne unterliegen einer martensitischen Umwandlung, welche die Zähne härten kann. Es sollte beachtet werden, dass andere Bereiche oder Komponenten des Differenzials (z.B. das Gehäuse) im Allgemeinen nicht durch das Induktionserwärmen beeinflusst werden. In einem Beispiel können in einem Verfahren Zähne, die ein leitendes Material umfassen, in ein ausreichend starkes alternierendes Magnetfeld eingebracht werden. Ein Strom kann durch das Material fließen, so dass Wärme erzeugt wird. Es sollte beachtet werden, dass die Tiefe des Härtungsvorgangs durch Eigenschaften eingestellt werden kann, die mit der Induktion zusammenhängen, wie z.B. die Frequenz des alternierenden Felds, die Oberflächenleistungsdichte, die Permeabilität des Materials, die Erwärmungszeit und den Durchmesser des Materials oder die Materialdicke. In einem anderen Aspekt kann das Abschrecken der erwärmten Zähne das Anwenden von Wasser, Öl oder eines Abschreckmittels auf Polymerbasis umfassen, um die Zähne zu verändern und eine martensitische Struktur zu bilden.
Es sollte beachtet werden, dass die Zähne vor dem Gießen gebildet werden können und durch ein Schutzelement oder in sonstiger Weise geschützt werden können. Beispielsweise kann ein Abschirmungselement an die Zähne des Außenrads angepasst werden, um die Zähne während des Gießens zu schützen. In einem weiteren Beispiel kann das Gießen ohne Ausüben von Druck auf die Zähne oder sonstigem Aussetzen der Zähne gegenüber einem schädigenden Kontakt mit der Gießausrüstung oder anderen potenziell schädigenden Materialien erreicht werden.
Unter Bezugnahme auf die Figuren zeigen die 1, 2 und 12-13 ein beispielhaftes Außenrad 110 und Gehäuse 140 einer Differenzialvorrichtung 100. Die 1 ist eine Seitenansicht der Differenzialvorrichtung 100 mit der Linie QQ und die 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie QQ. Die 12 ist eine Vorderansicht der Differenzialvorrichtung 100, welche die Linie PP zeigt, und die 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie PP. Es sollte beachtet werden, dass die Differenzialvorrichtung 100 verschiedene andere Komponenten und/oder Abmessungen gemäß verschiedenen offenbarten Aspekten umfassen kann. In einem Beispiel kann die Differenzialvorrichtung 100 in einem Fahrzeug verwendet werden, wie es hier beschrieben ist.
Gemäß Ausführungsformen können das Außenrad 110 und das Gehäuse 140 verschiedenartige Materialien umfassen, die verschiedene Eigenschaften aufweisen können. Beispielsweise kann das Außenrad 110 Eisenmaterialien umfassen und das Gehäuse 140 kann Nicht-Eisen-Materialien umfassen. Das Nicht-Eisen-Material kann verglichen mit einem Eisengehäuse das Gewicht vermindern. Es sollte beachtet werden, dass das Nicht-Eisen-Gehäuse 140 entfernbar oder nicht entfernbar an dem Eisenaußenrad 110 angebracht werden kann. Beispielsweise kann das Nicht-Eisen-Gehäuse mit einem oder mehreren Befestigungsmittel(n), durch Aufpressen, durch einen Reibschluss- oder Selbstaufweitungsvorgang oder einem Überform- oder Gießverfahren angebracht werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Außenrad 110 mindestens teilweise ausgebildet und dann in ein Formwerkzeug oder eine Kokille eingebracht werden. Das Gehäuse 140 kann dann in dem Formwerkzeug geformt oder gegossen werden, so dass das Gehäuse 140 mit dem Außenrad 110 überformt wird. Dies kann die Montagekosten, das Gewicht, die erforderlichen Komponenten (z.B. Befestigungsmittel) senken bzw. vermindern, die Effizienz von Montagevorgängen erhöhen oder dergleichen.
Es sollte beachtet werden, dass der Gießvorgang die Unterschiede bei den Eigenschaften der Eisen- und Nicht-Eisen-Materialien berücksichtigen kann. Solche Eigenschaften können den Wärmeausdehnungskoeffizienten für die verschiedenen Materialien umfassen. Beispielsweise können das Nicht-Eisen-Gehäuse 140 und das Eisenaußenrad 110 verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das Nicht-Eisen-Gehäuse 140 und das Außenrad 110 können aufgrund der typischen Anwendungen von Kraftfahrzeugen in kalten und warmen Umgebungen einem relativ breiten Bereich von Temperaturen ausgesetzt sein. Die Diskrepanz kann bedeuten, dass sich die partielle Veränderung der Größe pro Grad der Temperaturänderung zwischen dem Außenrad 110 und dem Nicht-Eisen-Gehäuse 140 unterscheidet. Es sollte beachtet werden, dass Legierungen ausgewählt werden können, die besser übereinstimmen, so dass die Eisen- und Nicht-Eisen-Materialien eine geringere Differenz bei der Diskrepanz der Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
In einem Beispiel kann das Gehäuse 140 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen. Aluminium weist einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten relativ zu anderen Metallen, wie z.B. Stahl, auf. Folglich können ein Außenrad 110, das Stahl umfasst, und ein Gehäuse 140, das Aluminium umfasst, eine relativ große Diskrepanz aufweisen. Diese Diskrepanz kann zu einem Biegen, einer Belastung und/oder einem Bruch der Verbindung 120 führen. Hier beschriebene Ausführungsformen können ein Biegen, eine Belastung oder einen Bruch vermindern oder abschwächen. Beispielsweise kann die Verbindung 120 eine oder mehrere Beschichtung(en) oder Schicht(en) von Materialien umfassen, die zwischen dem Gehäuse 140 und dem Außenrad 110 angeordnet ist oder sind. Die Beschichtung kann ein Material umfassen, das so ausgewählt ist, dass es die Wärmebelastung bei einem oder mehreren Bereich(en) von Temperaturen abschwächt. Dies kann durch einen allmählichen Übergang der Diskrepanz von Stahl zu Aluminium (oder von Eisenmaterialien zu Nicht-Eisen-Materialien) durch Schichten von Zwischenmaterialien erreicht werden. In einem weiteren Beispiel kann das Gieß- und/oder Verbindungsverfahren auf der Basis des Typs der für eines oder mehrere des Gehäuses 140 und/oder des Zahnrads 110 verwendeten Materialien ausgewählt werden. Beispielsweise können Magnesium und Stahl mit einem Heißkammerverfahren verbunden werden, und wenn das Gehäuse 140 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, mit einem Kaltkammerverfahren.
Unter Bezugnahme auf die 3A bis 4 ist ein Außenrad 310 gezeigt. Die 4 zeigt einen Querschnitt des Außenrads 110 entlang der Linie AA. Das Außenrad 310 kann eine Innenoberfläche umfassen, die geometrische Gebilde umfassen kann, die Eigenschaften, wie z.B. eine erhöhte Festigkeit, ein vermindertes Brechen, usw., einer Verbindung mit einem Gehäuse, wie z.B. der Verbindung 120 von 1, verändern können. Es sollte beachtet werden, dass das Außenrad 310 entsprechende Aspekte wie das Außenrad 110 umfassen kann.
Das Außenrad 310 kann einen Körper 312 umfassen, der ein Nicht-Eisen-Material umfassen kann. Der Körper 312 kann eine erste Seite 314, eine zweite Seite 316, eine Innenoberfläche 318 und eine Außenoberfläche 322 umfassen. Die erste Seite 314 kann allgemein in die Richtung des Hauptkörpers eines Gehäuses gerichtet sein, wie es entsprechend in der 1 gezeigt ist - die erste Seite 114 des Außenrads 110 ist auf den Hauptkörper 142 des Gehäuses 140 gerichtet. Entsprechend kann die zweite Seite 316 allgemein der ersten Seite 314 gegenüberliegen. Die Innenoberfläche 318 kann funktionell an einem Gehäuse anliegen, wie es z.B. entsprechend in der 1 gezeigt ist - die Innenoberfläche 118 liegt an dem Gehäuse 140 an. In einem Aspekt kann die Innenoberfläche 318 einen Abschnitt einer Verbindung umfassen oder bilden (z.B. der Verbindung 120), wenn sie an einem Gehäuse angebracht ist.
Die Innenoberfläche 318 kann ferner eine oder mehrere Vorwölbung(en) oder Verbindungselement(e) 324, das oder die ein geometrisches Merkmal bilden kann oder können, umfassen. Jedes Verbindungselement 324 kann es einem geschmolzenen Material eines Gehäuses ermöglichen, das Außenrad 310 an dem Gehäuse festzulegen und permanent anzubringen. Das Verbindungselement 324 kann eine vergrößerte Oberfläche, eine Verankerung oder dergleichen für eine Verbindung zwischen dem Außenrad 310 und einem Differenzialgehäuse bereitstellen. In einem anderen Aspekt kann das Verbindungselement 324 ein Gleiten zwischen dem Außenrad 310 und einem Gehäuse (z.B. dem Gehäuse 140) verhindern oder vermindern, wenn diese zusammengebaut werden. Es sollte beachtet werden, dass Außenräder, die verschiedene andere geometrische Merkmale umfassen, vom Umfang und Wesen dieser Offenbarung umfasst sind. Solche Merkmale können Vorwölbungen, Hohlräume, Kanäle, aufgeraute oder riefige Oberflächen und dergleichen umfassen.
Es sollte beachtet werden, dass das Außenrad 310 i Verbindungselemente umfassen kann, wobei i eine Zahl ist. In der 3A umfasst das Außenrad 310 acht Verbindungselemente. Die Verbindungselemente 324 können durch Rippen 332 getrennt sein. Jedes Verbindungselement kann ähnliche Abmessungen umfassen und kann um die Innenoberfläche 318 gleichmäßig beabstandet sein. Die Verbindungselemente 324 können abgerundete Ecken 326 umfassen. Die abgerundeten Ecken 326 können verglichen mit eckigen Ecken die Belastung auf Abschnitte des Außenrads 310 oder eines Gehäuses vermindern. In einigen Ausführungsformen kann das Außenrad 310 Verbindungselemente mit verschiedenen Formen, ungleichmäßig beabstandete Verbindungselemente, Verbindungselemente mit eckigen Ecken oder dergleichen umfassen.
Jedes Verbindungselement 324 kann Gebilde auf dessen Oberfläche aufweisen. Beispielsweise kann das Verbindungselement 324 eine oder mehrere Aussparung(en) 328 und 329 umfassen. Wie es gezeigt ist, kann die Aussparung 328 auf die zweite Seite 216 gerichtet sein und die Aussparung 329 kann auf die erste Seite 314 gerichtet sein. Die Aussparungen 328 und 329 können Bereiche umfassen, bei denen Material entfernt worden ist (z.B. Grübchen, Rillen, usw.). Dies kann das Verbinden des Außenrads 310 mit einem Gehäuse verändern. Beispielsweise kann während des Gießens eines Gehäuses Material in die Aussparungen 328 und 329 fließen. Dies kann eine effizientere Verbindung zwischen dem Außenrad 310 und einem Gehäuse (z.B. dem Gehäuse 140) erzeugen. Die 3B zeigt eine Querschnittsansicht des Außenrads 310 an der Linie BB. Es sollte beachtet werden, dass die Aussparungen 328 und 329 andere Formen umfassen können, wie z.B. Rillen, die sich über die Verbindungselemente 324 erstrecken.
Die 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Außenrads 310 an der Linie AA. Die Rippe 332 kann sich über eine erste Distanz 342 von der Innenoberfläche 318 erstrecken und das Verbindungselement 344 kann sich über eine zweite Distanz 344 von der Innenoberfläche 318 erstrecken. In einem ersten Aspekt kann die erste Distanz 342 im Allgemeinen weniger als die zweite Distanz 344 betragen. Während jedes Verbindungselement 324 so gezeigt ist, dass es sich im Allgemeinen mit der gleichen Distanz von der Innenoberfläche 318 erstreckt, sollte beachtet werden, dass sich die Verbindungselemente mit einer unterschiedlichen Distanz relativ zueinander erstrecken können. Während jede Rippe 332 so gezeigt ist, dass sie sich im Allgemeinen mit der gleichen Distanz von der Innenoberfläche 318 erstreckt, sollte entsprechend beachtet werden, dass sich die Rippen mit einer unterschiedlichen Distanz relativ zueinander erstrecken können. Während die Ecken 334 und 336 allgemein als abgerundet gezeigt sind, sollte darüber hinaus beachtet werden, dass die Ecken 334 und 336 konisch, eckig oder dergleichen sein können.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann das Außenrad 110 ohne Zähne gebildet oder im Vorhinein hergestellt werden. Dies kann eine Beschädigung der Zähne während des Gießens des Gehäuses 140 verhindern. Folglich können, nachdem das Gehäuse 140 gegossen und mit dem Außenrad 110 verbunden worden ist, die Zähne (nicht gezeigt) in dem Körper 120 des Außenrads 110 ausgebildet werden. Beispielsweise können die Zähne gekrümmte Rillen umfassen, die in dem Körper 120 und der proximalen ersten Seite 114 ausgebildet sind. Diese Zähne können mit Ritzeln oder Zahnrädern interagieren, die eine Achse eines Fahrzeugs antreiben können.
In mindestens einer Ausführungsform können die Zähne gehärtet werden, nachdem sie gebildet oder bearbeitet worden sind. In einem Aspekt können das Eisenaußenrad 110 und das Nicht-Eisen-Gehäuse 140 eine Diskrepanz bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Aufgrund dieser Diskrepanz würden einige Härtungstechniken die Verbindung 120 schwächen und/oder beschädigen. Daher können zum Härten der Zähne lokale Härtungstechniken verwendet werden. Beispielsweise kann eine Induktionshärtung auf die Zähne mit einer lokalen Wärmebehandlung angewandt werden. Dies wird den Erwärmungs- oder Härtungsvorgang lokalisieren, so dass das Gehäuse 140 und/oder die Verbindung 120 deren integrierten und erwünschten Eigenschaften aufrechterhalten können.
Es sollte beachtet werden, dass das Gehäuse 140 und das Außenrad 110 nach dem Verbinden weiter bearbeitet werden können. Beispielsweise kann das Gehäuse 140 eine oder mehrere Öffnung(en) 144, 146, 148 und 150 umfassen. Die Öffnungen oder Merkmale der Öffnungen können nach dem Gießvorgang durch Bearbeiten ausgebildet werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass das Gehäuse 140 durch Bearbeiten mit verschiedenen anderen geometrischen Merkmalen versehen werden kann.
Die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen können eine Senkung der Montagekosten, eine Verminderung des Gewichts, ein Vermögen zum Nutzen von verschiedenen Materialien (z.B. leichten Materialien, schwereren/festeren Materialien, usw.), weniger Herstellungsschritte oder dergleichen ermöglichen. Es sollte ferner beachtet werden, dass, während Ausführungsformen ein Nicht-Eisen-Gehäuse beschreiben, jedwedes gewünschte gießfähige Material verwendet werden kann. Solche gießfähigen Materialien können z.B. Aluminium, Magnesium, Eisen, Legierungen oder dergleichen umfassen. In mindestens einem Beispiel ist das Material ein Nicht-Eisen-Material. In einem weiteren Aspekt können die Außenräder Nicht-Eisen-Materialien, Eisenmaterialien, die mit Nicht-Eisen-Materialien beschichtet sind, oder dergleichen umfassen. In einem anderen Aspekt kann ein Nicht-Eisen-Gehäuse 140 mit einem Außenrad, das eine kerbverzahnte Innenoberfläche aufweist, in einem Selbstaufweitungsvorgang verpresst werden.
Im Hinblick auf den hier beschriebenen Gegenstand können Verfahren, die verschiedene Ausführungsformen betreffen, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 7 besser verstanden werden. Während das Verfahren gezeigt und als Reihe von Blöcken beschrieben ist, sollte beachtet werden, dass die dazugehörigen Verfahren oder Vorgänge nicht durch die Reihenfolge der Blöcke beschränkt sind. Es sollte ferner beachtet werden, dass einige Blöcke und entsprechende Vorgänge in anderen Reihenfolgen oder gleichzeitig mit anderen Blöcken stattfinden können. Darüber hinaus können verschiedene Blöcke oder Vorgänge genutzt werden, um die hier nachstehend beschriebenen Verfahren zu implementieren. Verschiedene Vorgänge können durch einen oder mehrere Nutzer, mechanische Maschinen, automatische Montagemaschinen (die z.B. eine(n) oder mehrere Prozessor(en) oder Rechenvorrichtung(en) umfassen) oder dergleichen vervollständigt werden.
Unter Bezugnahme auf die 5 bis 7, wobei auf die 1 und 2 Bezug genommen wird, liegen die Außenräder 510, 610 bzw. 710 vor. Es sollte beachtet werden, dass jedes der Außenräder 110, 310, 510, 610 und 710 entsprechende Aspekte oder Merkmale umfassen kann, falls sich aus dem Zusammenhang nicht anderes ergibt. Beispielsweise kann jedes der vorstehend genannten Außenräder ein Eisenmaterial umfassen und kann zur Aufnahme durch eine Kokille ausgebildet sein. Ein Nicht-Eisen-Gehäuse (z.B. das Gehäuse 140) kann dann an jedem der Außenräder angebracht werden, wie es hier beschrieben ist. Die Außenräder 110, 310, 510, 610 und 710 sind bereitgestellt, um beispielhafte Innenoberflächen mit geometrischen Merkmalen zu zeigen.
Beispielsweise zeigt die 5 das Außenrad 510, das eine Mehrzahl von Vorwölbungen umfasst, die sich von der Innenoberfläche 518 erstrecken. Die Vorwölbungen können eine oder mehrere vertikale Vorwölbung(en) 526 und eine oder mehrere horizontale Vorwölbung(en) 524 umfassen. Die verschieden orientierten Vorwölbungen können eine veränderte (z.B. erhöhte) Festigkeit einer Verbindung für Kräfte bereitstellen, die in verschiedenen Richtungen wirken.
Als ein weiteres Beispiel zeigt die 6 das Außenrad 610, das eine Innenoberfläche 618 umfasst, die eine Mehrzahl von Vorwölbungen, wie z.B. Rippen oder Rillen 624, umfassen kann. Die Rillen 624 können ein geschmolzenes Material eines Gehäuses während eines Gießvorgangs aufnehmen. Das Material kann innerhalb der Rillen 624 zur Bildung einer Verbindung abkühlen und/oder erstarren.
Die 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Außenrads 710 mit einer Innenoberfläche 718, die eine aufgeraute Oberfläche 724 umfassen kann. Während die Innenoberfläche 718 so gezeigt ist, dass sie im Wesentlichen durch die aufgeraute Oberfläche 724 bedeckt ist, sollte beachtet werden, dass die Innenoberfläche 718 Oberflächenbereiche, die im Allgemeinen glatt sind, und Bereiche umfassen kann, die aufgeraut sind, so dass eine mosaikartige Oberfläche erzeugt wird.
Unter Bezugnahme auf die 8 bis 11, wobei auf die 1 und 2 Bezug genommen wird, liegen Außenräder 810, 910, 1010 bzw. 1110 vor. Es sollte beachtet werden, dass jedes der Außenräder 110, 310, 510, 610, 710, 810, 910, 1010 und 1110 entsprechende Aspekte oder Merkmale umfassen kann, falls sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt. Beispielsweise kann jedes der vorstehend genannten Außenräder ein Eisenmaterial umfassen und kann zur Aufnahme durch eine Kokille ausgebildet sein. Ein Nicht-Eisen-Gehäuse (z.B. das Gehäuse 140) kann dann an jedem der Außenräder angebracht werden, wie es hier beschrieben ist. Die Außenräder 810, 910, 1010 und 1110 stellen beispielhafte
Die 8 zeigt das Außenrad 810, das eine Mehrzahl von Vorwölbungen oder Verbindungselemente 824 umfasst, die sich von einem inneren Ring 836 erstrecken, der proximal zur Innenoberfläche 818 angeordnet ist. Die Verbindungselemente 824 können durch Aussparungen 832 getrennt sein. Wenn ein Gehäuse gegossen wird, können die Aussparungen 832 gefüllt und mit den Verbindungselementen 824 festgelegt werden.
Die 9 zeigt das Außenrad 910, das eine Mehrzahl von Aussparungen 924 umfasst, die innerhalb eines inneren Rings 936 angeordnet sind. Der innere Ring kann sich von der Innenoberfläche 918 des Außenrads 910 erstrecken. Wenn ein Gehäuse gegossen wird, kann es die Aussparungen 924 füllen, so dass es mit dem Außenrad 910 festgelegt wird. Die Aussparungen 924 können jedwede gewünschte Form umfassen, wie z.B. polygonal, rechteckig, elliptisch, eine unregelmäßige Form oder dergleichen. Beispielsweise zeigt die 10 ein Außenrad 1010, das eine Mehrzahl von im Allgemeinen kreisförmigen Aussparungen 1024 umfasst.
Die 11 zeigt das Außenrad 1110, das Vertiefungen 1124 und 1132 umfasst, die in einem inneren Ring 1136 ausgebildet sind. In einem Aspekt können die Vertiefungen 1124 und 1132 abwechselnd auf den Seiten des inneren Rings 1136 vorliegen. Die Vertiefungen 1124 und 1132 können jedwede gewünschte Form umfassen, wie z.B. polygonal, rechteckig, elliptisch, eine unregelmäßige Form oder dergleichen. Wenn ein Material um die Vertiefungen 1124 und 1132 gegossen wird, kann das Material die Vertiefungen 1124 und 1132 füllen. Dies kann das Gießen eines Gehäuses in das Außenrad 1110 und das verriegelnde Anbringen daran ermöglichen.
Im Hinblick auf den hier beschriebenen Gegenstand können Verfahren, die verschiedene Ausführungsformen betreffen, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 14 besser verstanden werden. Während das Verfahren 1400 gezeigt und als Reihe von Blöcken beschrieben ist, sollte beachtet werden, dass die dazugehörigen Verfahren oder Vorgänge nicht durch die Reihenfolge der Blöcke beschränkt sind. Es sollte ferner beachtet werden, dass einige Blöcke und entsprechende Vorgänge in anderen Reihenfolgen oder gleichzeitig mit anderen Blöcken stattfinden können. Darüber hinaus können verschiedene Blöcke oder Vorgänge genutzt werden, um die hier nachstehend beschriebenen Verfahren zu implementieren. Verschiedene Vorgänge können durch einen oder mehrere Nutzer, mechanische Maschinen, automatische Montagemaschinen (die z.B. eine(n) oder mehrere Prozessor(en) oder Rechenvorrichtung(en) umfassen) oder dergleichen vervollständigt werden.
Die 14 ist ein Flussdiagramm 1400 des Herstellens eines Differenzials, wie es hier beschrieben ist. Das Verfahren 1400 kann zur Bildung eines Differenzials mit einem leichten Gehäuse und einem schwereren oder festeren Außenrad genutzt werden. Beispielsweise kann das Differenzial ein Eisenaußenrad und ein Nicht-Eisen-Gehäuse umfassen.
Bei 1402 kann ein Hersteller ein Außenrad (z.B. das Außenrad 140, 340, usw.) herstellen, das keine Zähne umfasst. Dieses Außenrad kann ein Eisenmaterial umfassen, das einem Härtungsverfahren unterzogen werden kann oder nicht. In einem Aspekt kann das Außenrad im Vorhinein hergestellt werden und dann für ein anderes Unternehmen bereitgestellt werden, das Materialien gießen kann.
Bei 1404 kann das Außenrad in einer Kokille angeordnet werden, wie z.B. einer Kokille für ein Differenzialgehäuse. Es sollte beachtet werden, dass das Anordnen des Außenrads weitere oder zusätzliche Schritte, wie z.B. ein Beschichten der Kokille, ein Beschichten des Außenrads oder dergleichen, umfassen kann.
Bei 1406 kann das Außenrad mit einem geschmolzenen Material überformt werden, das ein Gehäuse eines Differenzials bildet. Wie es hier beschrieben ist, kann das geschmolzene Material ein Nicht-Eisen-Material (z.B. Aluminium, Magnesium und/oder Legierungen davon) umfassen. Es sollte beachtet werden, dass das geschmolzene Material gekühlt, abgeschreckt oder in sonstiger Weise abkühlen gelassen werden kann.
In einem Beispiel, wie es in der 13 gezeigt ist, kann das Material 113, das mindestens einen Abschnitt des Gehäuses 140 bildet, innerhalb eines Formwerkzeugs angeordnet werden, in dem ein Außenrad 110 angeordnet ist. Der Körper 112 des Außenrads 110 kann Verbindungselemente 124 und Rippen 134 umfassen. Wenn das Material 113 gegossen wird, kann es den Raum um die Verbindungselemente 124 und Rippen 134 füllen.
Bei 1408 können Zähne in dem Außenrad gebildet werden. Die Zähne können gekrümmte Zähne umfassen, die in einer geeigneten Weise geformt sind, um Ritzel oder Zahnräder eines Differenzialsystems anzutreiben. In einem Aspekt können die Zähne durch ein Präzisionsbearbeitungssystem durch Bearbeiten in einem Abschnitt des Außenrads ausgebildet werden.
Bei 1410 können die Zähne gehärtet werden, so dass sie einer Beschädigung während des Betriebs widerstehen. Das Härten kann einen lokalen Härtungsvorgang, wie z.B. ein Induktionshärten, umfassen. Beispielsweise kann ein induktiver Strom in oder durch die Zähne geleitet werden. Dies kann die Zähne ohne direktes Erwärmen und/oder ohne im Wesentlichen das Gehäuse zu erwärmen, erwärmen.
Das vorstehend Beschriebene umfasst Beispiele der vorliegenden Offenbarung. Es ist selbstverständlich nicht möglich, jede denkbare Kombination von Komponenten oder Verfahrensweisen zum Zweck der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben, jedoch kann der Fachmann erkennen, dass viele weitere Kombinationen und Permutationen der vorliegenden Offenbarung möglich sind. Jede der vorstehend beschriebenen Komponenten kann in jedweder Permutation kombiniert oder zusammengefügt werden, um hier offenbarte Ausführungsformen festzulegen. Demgemäß soll die vorliegende Beschreibung alle derartigen Veränderungen, Modifizierungen und Variationen umfassen, die vom Wesen und Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind. Ferner soll in einem Ausmaß, in dem der Begriff „enthält“ entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet wird, dieser Begriff in einer Weise einschließlich aufgefasst werden, wie der Begriff „umfasst“, so wie „umfasst“ interpretiert wird, wenn dieser Begriff als Übergangswort in einem Anspruch verwendet wird.

Claims

Differenzialanordnung, umfassend: ein Außenrad, umfassend: einen Hauptkörper, der ein Eisenmaterial umfasst; und eine oder mehrere Vorwölbung(en), die sich von einer Innenoberfläche des Außenrads zu einem allgemeinen Zentrum des Außenrads erstreckt oder erstrecken; und ein Gehäuse, das an dem Außenrad angebracht ist und ein Nicht-Eisen-Material umfasst, wobei mindestens ein Abschnitt des Gehäuses die Vorwölbungen kontaktiert, so dass das Gehäuse funktionell an dem Außenrad angebracht ist.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der das Eisenmaterial Stahl umfasst.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der das Nicht-Eisen-Material mindestens eines von Aluminium, Magnesium, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung umfasst.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der das Außenrad und das Gehäuse ohne irgendwelche Befestigungsmittel angebracht sind.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der das Außenrad eine oder mehrere Aussparung(en) umfasst, die funktionell auf der einen oder den mehreren Vorwölbung(en) ausgebildet ist oder sind.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der die eine oder die mehreren Vorwölbung(en) abgerundete Ecken umfasst oder umfassen.
Differenzialanordnung nach Anspruch 1, bei der sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Eisenmaterials von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Nicht-Eisen-Materials unterscheidet.
Außenrad für eine Differenzialanordnung, umfassend: einen Hauptkörper, der eine Außenoberfläche und eine Innenoberfläche umfasst, wobei die Innenoberfläche ein oder mehrere geometrische(s) Gebilde umfasst, das oder die proximal zu dem Zentrum des Außenrads angeordnet ist oder sind, wobei das eine oder die mehreren geometrische(n) Gebilde das Außenrad funktionell mit einem Gehäuse der Differenzialanordnung verbindet oder verbinden.
Außenrad nach Anspruch 8, bei dem das eine oder die mehreren geometrische(n) Gebilde mindestens eine Vorwölbung umfasst oder umfassen, die sich von dem Hauptkörper in die Richtung des Zentrums erstreckt.
Außenrad nach Anspruch 9, bei dem die mindestens eine Vorwölbung eine erste Aussparung auf einer ersten Seite der mindestens einen Vorwölbung umfasst.
Außenrad nach Anspruch 10, bei dem die mindestens eine Vorwölbung ferner eine zweite Aussparung auf einer zweiten Seite der mindestens einen Vorwölbung umfasst.
Außenrad nach Anspruch 8, bei dem das eine oder die mehreren geometrische(n) Gebilde mindestens eine Öffnung oder mindestens eine Vertiefung umfasst oder umfassen.
Außenrad nach Anspruch 8, wobei das Außenrad mindestens eines von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Blei, Nickel, Zinn, Titan, Zink oder einer Legierung davon umfasst.
Verfahren zur Bildung einer Differenzialanordnung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Eisenaußenrads; und Überformen des Eisenaußenrads mit einem Nicht-Eisen-Gehäuse.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Ausbilden von Zähnen in dem Eisenaußenrad nach dem Überformen.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Härten der Zähne durch einen gezielten Erwärmungsvorgang.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der gezielte Erwärmungsvorgang ein Induktionshärten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Bereitstellen des Eisenaußenrads innerhalb eines Formwerkzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Bilden einer oder mehrerer Vorwölbung(en) in einer Innenoberfläche des Eisenaußenrads umfasst, wobei sich die eine oder mehreren Vorwölbung(en) in die Richtung des Zentrums des Eisenaußenrads erstreckt oder erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Bearbeiten des überformten Gehäuses zur Bildung einer oder mehrerer Öffnung(en) umfasst, die eine Größe und eine Form zum Aufnehmen einer Welle aufweist oder aufweisen.