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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gehäuses
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für ein Sperrdifferential für Fahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gehäuses für ein Sperrdifferential
für Fahrzeuge, insbesondere für ein Selbstsperrdifferential, im Gußverfahren mit
einer Außenform und einer Kerneinrichtung, wobei in das Gehäuse auf der Innenseite
mehrere über den Umfang verteilte Längsnuten eingeformt sind.
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Sperrdifferentiale weisen ein Antriebszahnrad auf, das an dem Differentialgehäuse
befestigt ist. Weiterhin sind mehrere auf Differentialachsen befestigte Ausgleichszahnräder
vorgesehen, die mit zwei auf Abtriebswellen direkt oder indirekt befestigten Achskegelrädern
kämmen. Bei Selbstsperrdifferentialen sind zusätzlich zwei Druckringe und zwei Lamellenkuppltingen
eingebaut. Die Druckringe haben auf ihren
Mantelflächen Mitnehmer,
die in Längsnuten des Differentialgehäuses eingreifen. Damit sind sie drehfest mit
dem.Differentialgehäuse verbunden, können jedoch axial verschoben werden. Zwischen
den außenliegenden Stirnflächen der Druckringe und den entsprechenden Flächen des
Differentialgehäuses sind zwei Lamellenkupplungen angeordnet. Diese bestehen jeweils
aus Innen- und Außenlamellen. Die Innenlamellen sitzen dabei im allgemeinen mit
ihrer Mitnahmeverzahnung auf den Achskegelrädern, während die Mitnehmer der Außenlamellen
ebenfalls in Längsnuten in dem Differentialgehäuse eingreifen.
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Ein derartiges Selbstsperrdifferential ist z.B. in der DE-OS 30 25
282 beschrieben. Die bisher bekannten Differentialgehäuse mit ihren auf der Innenseite
über den Umfang verteilten Längsnuten bestehen aus Stahl und werden im allgemeinen
im Sphäroguß hergestellt. Ein derartiges Differentialgehäuse ist sehr robust und
langlebig. Bei dieser Herstellung im Gußverfahren ist zur Entfernung der Kerneinrichtung
nach dem Gießen eine entsprechende Formschräge erforderlich, die wenigstens ein
Grad beträgt. Diese Formschräge wird bisher stets bei der allgemeinen Nacharbeitung
des Differentialgehäuses nach dem Gießen entfernt. Würde man sie nämlich nicht entfernen,
so würde der schräge Verlauf der Längsnuten bzw. die dadurch verursachte unterschiedliche
Nutentiefe zu Problemen bei der Funktion des Sperrdifferentiales führen. So hätten
z.B.
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die hinteren Kupplungslamellen und ggf. auch der Druckring weniger
Spiel als die weiter vorne befindlichen, oder die weiter vorne befindlichen hätten
ein zu großes Spiel. Dies würde aufgrund der dauernden Lastwechsel innerhalb kurzer
Zeit zu Schäden führen.
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Ein weiterer Nachteil von Differentialgehäusen aus Stahl besteht darin,
daß sie ein relativ hohes Gewicht besitzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daherdie Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gehäuses für ein Sperrdifferential der
eingangs erwähnten Art und ein Sperrdifferentialgehäuse selbst zu schaffen, das
leichter ist, wobei es jedoch gleichzeitig genügend stabil und preisgünstig sein
soll.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse
im Aluminiumdruckgußverfahr'en mit zahnartigen Einrichtungen am Innenumfang, welche
sich im wesentlichen über die Länge des Gehäuseinneren erstrecken und parallel zur
Längsmittellinie des Gehäuses verlaufen, hergestellt wird.
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Ein Gehäuse aus Aluminiumdruckguß ist leichter im Gewicht als ein
Stahlgehäuse und nicht teurer in der Herstellung.
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Die Gewichtserleichterung führt zu einer Energieeinsparung.
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Das Problem einer geringeren Stabilität von Aluminiumdruckguß wurde
erfindungsgemäß durch die Ausgestaltung mit zahnartigen Einrichtungen am Innenumfang
anstelle von einfachen Längsnuten, beim Stand der Technik im allgemeinen vier, gelöst.
Durch die zahnartigen Einrichtungen, die mit entsprechenden zahnartigen Einrichtungen
an den Druckringen und den Kupplungslamellen zusammenarbeiten, wird die für die
Kraftübertragung zur Verfügung stehende Fläche wesentlich vergrößert. Da ein weiterer
Vorteil gegenüber einer Herstellung des Differentialgehäuses aus Stahl darin liegt,
daß keine Nacharbeiten mehr erforderlich sind, ist in erfindungsgemäßer
Weise
nun vorzusehen, daß sich für eine einwandfreie Funktion des Sperrdifferentiales
die sich über die Länge des Gehäuseinneren erstreckenden zahnartigen Einrichtungen
wewenigstens annähernd parallel zur Mittellinie des Gehäuses erstrecken.
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Hierfür ist es lediglich erforderlich, daß die Gußformen, insbesondere
die Kerneinrichtung, entsprechend so ausgebildet ist, daß sie sich nach dem Gießen
wieder entfernen läßt.
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Hierzu kann in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen sein, daß als Kerneinrichtung ein Mittelteil mit wenigstens teilweisem
konischen Außenumfang verwendet wird, das sich zum vorderen Ende verjüngt und daß
das Mittelteil von wenigstens zwei beweglich mit dem Mittelteil verbundenen Formteilen
wenigstens teilweise umgeben wird, wobei die Formteile an deren Außenumfang mit
parallel zur Längsmittellinie des Gehäuses verlaufenden Zähnen und Zahnlücken versehen
sind.
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Bei diesem Herstellungsverfahren kann die Gußform auf einfache Weise
nach dem Gießen wieder entfernt werden. Dadurch, daß das Mittelteil sich zum vorderen
Ende verjüngt und die Formteile beweglich dazu angeordnet sind, kann eine Relativbewegung
zwischen dem Mitteltei und den Formteilen stattfinden. Zum Entfernen der Kerneinrichtung
wird erfindungsgemäF zuerst das Mittelteil um ein geringes Maß zurückgezogen, wodurch
aufgrund dessen Konizität die Formteile ebenfalls um ein geringes Maß in radialer
Richtung nach innen verschoben werden können. Auf diese Weise kann anschließend
die Kerneinrichtung vollständig aus dem Differentialgehäuse herausgezogen werden.
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Im allgemeinen wird man um das Mittelteil wenigstens zwei beweglich
mit diesem verbundenen Formteile anordnen, wobei die Formteile an deren Außenumfang
mit parallel zur Mittellinie des Gehäuses verlaufenden Zähnen und Zahnlücken versehen
sind.
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Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Formteile auf gegenüberliegenden
Seiten des Mittelteiles liegen und die Zähne und Zahn-lücken jeweils in deren bogenförmigem
Außenumfang eingeformt sind.
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In Spezialfällen können statt nur zwei Formteilen ggf. auch drei oder
mehr Formteile um den Mittelteil angeordnet sein.
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Wenn die nerührgsfläche zwischen dem Mittelteil und den Formteilen
eben ist, wird neben einer satten Auflage auch eine genaue Führung erreicht.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung, mit der sich über die zahnartige
Einrichtung eine sehr hohe Kraftübertragung erreichen läßt, besteht darin, daß an
den Formteilen jeweils die äußere Zahnflanke des äußeren Zahnes parallel.zu der
Mittellinie der Kerneinrichtung liegt, die die gegenüberliegenden Formteile jeweils
halbiert.
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Mit dieser Ausgestaltung lassen sich auf dem zur Verfügung stehenden
Raum eine hohe Anzahl von Zähnen und Zahnlücken unterbringen. Eine weitere Erhöhung
wäre aufgrund eines dabei auftretenden Hinterschnittes unmöglich, d.h., die Formteile
würden sich damit nicht mehr aus dem Differentialgehäuse entfernen lassen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht dabei darin, daß
jeweils die äußere Zahnflanke des äußeren -Zahnes eine Schräge dergestalt aufweist,
daß der Zahnkopfrand näher an der Mittellinie der Kerneinrichtung liegt, die die
gegenüberliegenden Formteile halbiert, als der dazugehörige Zahngrundrand.
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Bei dieser Ausgestaltung wird somit nicht bis an die letztmögliche
Grenze gegangen, sondern die äußere Zahnflanke liegt um eingewisses Maß schräg zur
Mittellinie. Auf diese Weise wird eine Reibung, welche bei einer Parallelität auftreten
würde, weitgehend vermieden und die Formteile können leichter herausgezogen werden.
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Hierbei kann ein Schrägungswinkel von ca. ein Grad bereits ausreichend
sein.
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Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
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Es zeigt: Fig 1 einen Längsschnitt durch die Form zur Herstellunge
eines Differentialgehäuses mit dem Differentialgehäuse nach der Linie I-I der Fig.
2, Fig 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Kerneinrichtung nach der
Fig. 1 mit Differentialgehäuse, Fig. 3 den Schnitt nach der Fig. 2 mit zurückgezogener
KcrneinrichEurig,
Fig. 4 eine andere Herstellunsart im Längsschnitt
nach der Linie IV-IV der Fig. 5, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V der
Fig. 4, Fig. 6 den Schnitt nach der Fig. 5 mit zurückgezogener Kerne in richtung.
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Sperrdifferentiale sind in ihrer Form und Ausgestaltung hinlänglich
bekannt, weshalb sie nachfolgend nicht näher beschrieben werden. Hierzu wird z.B.
auf die bereits genannte DE-OS 30 25 282 verwiesen. Das Differentialgehäuse besteht
dabei im wesentlichen aus einem zylindrischen Körper, der im allgemeinen an einer
Seite mit einer Stirnwand abgeschlossen ist. In dieser Stirnwand ist eine Bohrung
zur Aufnahme einer Abtriebswelle angeordnet. Die gegenüberliegende Stirnseite wird
mit einem Deckel mit Bohrung verschlossen. Selbstverständlich können jedoch auch
an beiden Stirnseiten Deckel angeordnet sein. Zur Aufnahme und Führung der radialen
Erweiterungen in den Druckringen und den Kupplungslamellen befinden sich auf der
Innenseite des zylinderförmigen Gehäuseteiles mehrere über den Umfang verteilte
Längsnuten.
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Bei einer Herstellung des Differentialgehäuses im Aluminiumdruckgußverfahren
ist eine entsprechend höhere Zahl an Längsnuten aus Stabilitätsgründen erforderlich,
bzw. werden entsprechend zahnartige Einrichtungen am Innenumfang des Differentialgehäuses
vorgesehen.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren werden nachfolgend das Herstellungrivcrfahren
für das Differentialgehäuse und Form und Ausgestaltung der Kerneinrichtung näher
erläutert.
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Das Differentialgehäuse 1 weist auf zwei gegenüberliegenden Seiten
zahnartige Einrichtungen in Form von mehreren. Zähnen 2 mit dazwischenliegenden
Zahnlücken 3 auf. Die Zähne und Zahnlücken verlaufen parallel zur Mittelinie 20
des Gehäuses 1 im wesentlichen über dessen gesamten Länge.
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Die Gußform zur Herstellung des Gehäuses 1 weist eine Aussenform 4
und eine Kerneinrichtung 5 auf. Die Kerneinrichtung 5 setzt sich dabei aus einem
Mittelteil 6 und zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelteiles liegenden Formteilen
7 und 8 zusammen. Das Mittelteil 6 verjüngt sich zum vorderen Ende hin, wobei zwei
gegenüberliegende Seiten-mit einer Krümmung versehen sind, die dem Innendurchmesser
des herzustellenden Gehäuses 1 entsprechen. Die beiden dazwischenliegenden und sich
ebenfalls gegenüberliegenden Seit.en 9 und 10 des Mittelteiles 6 sind hingegen flach
und bilden die Berührungsflächen zwischen dem Mittelteil 6 und den Formteilen 7
und 8.
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Die beiden Formteile 7 und 8 weisen an ihren von dem Mittelteil 6
abgewandten Außenseiten ebenfalls eine Krümmung auf, die ebenfalls dem Innendurchmesser
des herzustellenden Differentialgehäuses 1 entspricht. Zusätzlich sind jeweils in
deren Außenumfängen Zähne 11 und Zahnlücken 12 angeordnet, die die "Negativformen"
für die Zähne 2 und Zahnlücken 3 des Differentialgehäuses 1 darstellen.
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Das Mittelteil 6 ist mit den beiden Formteilen 7 und 8 beweglich verbunden.
Insbesondere ist die Verbindung dergestalt, daß eine Relativbewegung der beiden
Formteile 7 und 8 gegenüber den Berührungsflächen 9 und 10 möglich ist.
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Hierfür kann z.B. eine Stangen-, Hebel- oder Kurvenführung vorgesehen
sein. Es ist lediglich darauf zu achten, daß nach Beendigung des Gießverfahrens
das Mittelteil 6 in Pfeilrichtung in der Fig. 1 nach oben bewegt werden kann, und
zwar auch relativ zu den beiden Formteilen 7 und 8. Da sich das Mittelteil nach
unten zu verjüngt, wird damit für die beiden Formteile 7 und 8 ein entsprechender
Freiraum geschaffen, so daß diese um ein geringes Maß nach innen bewegt werden können.
Dadurch erhalten sie das erforderliche Spiel, um aus dem gegossenen Differentialgehäuse
1 herausgezogen we-rden zu können.
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Hierzu wird insbesondere auf die Figuren ? und 3 verwiesen.
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Wie nun aiis Fig. 3 ersichtlich ist, kann jeweils die äussere Zahnflanke
11 a an den Formteilen 7 und 8 höchstens parallel zu der Mittellinie 13 liegen,
die die gegenüberliegenden Formteile 7 und 8 halbiert. Andernfalls gäbe es nämlich
eine Hinterschneidung und die Formteile 7 und 8 könnten nicht mehr in Pfeilrichtung
verschoben werden.
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Zur leichteren Verschiebung der Formteile wird man in der Praxis im
allgemeinen jeweils die äußeren Zahnflanken 11 a mit einer Schräge dergestalt ausstatten,
daß der Zahnkopfrand näher an der Mittellinie 13 der Kerneinrichtung liegt als der
dazugehörige Zahngrundrand. Der Schrägungswinkel beträgt dabei ca. ein Grad.
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In den Figuren 4 bis 6 ist ebenfalls prinzipmäßig eine andere Ausgestaltung
mit drei über den Umfang des Mittelteiles 6' verteilten Formteilen 7', 8' und 18'
dargestellt.
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Zwischen den Formteilen sind jeweils Keilstücke 14, 15 und 16 angeordnet.
Diese Keilstücke dienen zur Abdichtung beim Gießen und zum Auseinanderhalten der
Formteile. Wie aus den Figuren 4 bis 6 ersichtlich ist, ist das Mittelteil 6' im
wesentlichen - im Querschnitt gesehen - dreieckförmig.
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Zur besseren Führung sind die Keilstücke 14, 15 und 16 auf ihren den
Formteilen 7', 8' und 18' zugewandten Seitenwänden mit keilartigen Vorsprüngen 19
versehen, die in entsprechenden, in den Formteilen angeordneten Längsnuten eingepaßt
sind.
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Auch hier werden die drei Formteile in Pfeilrichtung zum Zentrum hin
verschoben. Dabei ist wiederum darauf zu achten, daß die jeweils äußere Zahn flanke
des äußersten Zahnes höchstens parallel zu der entsprechenden Verschieberichtung
liegt (siehe hierzu Fig. 6).
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Es erübrigt sich bezüglich Art und Weise des Gußverfahrens nähere
Ausführungen an dieser Stelle zu machen, denn derartige Verfahren sind allgemeiner
Stand der Technik. Zu erwähnen sind lediglich noch zwei Gegenhalter 21 und 22, welche
zum Druckgießen die Kerneinrichtung nach unten drücken, um eine einwandfreie und
maßgenaue Herstellung des Gehäuses zu erzielen. Zur Entnahme der Kerneinrichtung
ist es dann lediglich erforderlich, daß die beiden Gegenhalter in radialer Richtung
um ein entsprechendes Maß zurückversetzt werden.
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Die radiale Verschiebemöglichkeit für die Formteile 7 und 8, bzw.
7', 8' und 1S' muß nicht besonders hoch sein. Hier reichen ggf. bcreits einigc'vlillimeter
Verschiebeweg aus,
so daß die entsprechend bewegliche Verbindung
zwischen dem Mittelteil und den dazugehörigen Formteilen von einfachem Aufbau sein
kann.