DE69905815T2

DE69905815T2 - Gehäuse für Kraftfahrzeug- Ausgleichsgetriebe

Info

Publication number: DE69905815T2
Application number: DE69905815T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Jensen Budge; Goff, Jr.; Christian Peter Schmitz; Joseph A. Szuba; Alfred Balacan Victoria
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: DE69905815D1; EP0979958B1; US6176152B1; EP0979958A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Differentialmechanismus des in Achsdifferentialen verwendeten Typs, und jene integral mit handbetätigten oder automatischen Getrieben gefertigten.
U.S.-Patent 4,221,138 beschreibt ein Differentialgehäuse das eine vollständig würfelförmige form aufweist, das fünf aus Blech gebildete Teile umfaßt. Der Träger der Ritzel besitzt einen quadratischen Querschnitt. Zwei integrale Zapfen für die Flanschwellen besitzende Abdeckaufbauten werden von beiden Seiten an dem Ritzelträger montiert. Diese Einheiten werden mit einem antreibenden Getriebe durch vier Schrauben und Muttern verbunden. Das in U.S.-Patent 5,533,423 beschriebene Differentialgehäuse wird einschließlich eines eine Ritzelwelle und Ritzel tragenden, konischen Getriebemantels aus tiefgezogenen Stahlteilen gefertigt, und eine ein Kegelradvorgelege tragende Abdeckung schließt eine Öffnung in diesem Mantel. Das deutsche Patent DE 40 42 173, das alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt, beschreibt auch ein Differentialgehäuse, in welchem zwei Gehäusehälften entlang einer aneinanderstoßenden, verbindenden, im wesentlichen mit der Mittelebene eines Hohlrades koplanaren Oberfläche aneinander befestigt sind. Die äußere Kante jeder Gehäusehälfte wird mit halbkreisförmigen Aussparungen gebildet, welche mit entsprechenden Aussparungen in der anderen Gehäusehälfte zusammenwirken um kreisförmige Zylinder zu schaffen, welche Orte für Lagerwellen von Ritzeln und Getrieben bilden. Der aneinander anstoßende Angriff der äußeren Kanten der Gehäusehälften begrenzt die kreisförmigen Zylinder.
Die grundlegende Punktion eines Differentialmechanismus ist es, Drehmoment von einem Getriebeausgang an Achswellen zu liefern, welche es den linken und rechten Rädern erlauben sich mit verschiedenen Drehzahlen zu drehen. Es wurden verschiedene Differentialmechanismen entwickelt, von denen der einfachste und am häufigsten verwendete das Kegelradvorgelege-Differential ist.
Ein Kegelradvorgelege-Differential besteht - abhängig vom Gewicht des Fahrzeugs und der Größenordnung des zu übertragenden Drehmoments - aus zwei oder vier Ritzeln. Die Ritzel, oft Planetengetriebe genannt, werden zusammen mit den beiden Seiten-Kegelradvorgelegen in dem Differentialgehäuse oder Gehäuse gestützt.
Drehmoment wird - für frontgetriebene Fahrzeuge - von dem Ausgangsantrieb des Getriebes auf ein Hohlrad angelegt, oder aber - für hinterradgetriebene Fahrzeuge - vom Antriebsritzel auf ein Antriebskegelrad. Das Hohlrad und Antriebskegelrad sind an das Getriebegehäuse angesetzt, von welchem die Rotation auf eine die Ritzel tragende Ritzelwelle übertragen wird. Die Ritzel verteilen des angelegte Drehmoment gleichmäßig auf die Seitengetriebe, welche die Achswellen und die Räder antreiben. Überwindet das Fahrzeug eine Kurve, so tritt eine Drehzahldifferenz zwischen den inneren und den äußeren Rädern auf, was eine Drehung der Ritzel bewirkt. Wegen dieser zusätzlichen Drehung wird die Drehzahl des äußeren Rades im selben Ausmaß gesteigert wie die Drehzahl des inneren Rades abnimmt.
Herkömmliche Gehäuse für Differentialmechanismen sind aus einem einteiligen Eisengußstück hergestellt. Eisengußstücke weisen eine bedeutend niedrigere Verformbarkeit und Dehngrenze als die meisten Stähle auf; daher erfordern sie zur Ergänzung ihrer relativ niedrigen Festigkeit dicke Wände. Die größere Dicke erzeugt gesteigertes Gewicht und steigert das Trägheitsmoment, welches den Wirkungsgrad des Antriebsstranges mindert. In herkömmlichen Differentialgehäusen sind häufig zwei Fenster in sich seitlich gegenüberliegenden Wänden erforderlich, um die Montage der inneren Kegelradvorgelege und Ritzel zu erlauben. Diese Anordnung begrenzt die Drehmomentleistung des Gehäuses aufgrund der Verminderung in Steifheit und Festigkeit, welche durch die Gegenwart der Feinster verursacht wird.
Eisengußstücke erfordern zur Herstellung fertiger Teile eine größere Anzahl von maschinellen Bearbeitungsvorgängen, weil die Abmessungen der Teile als Gußstück aufgrund von Schwindung während des Überganges von der flüssigen in die feste Phase nicht eng gesteuert werden können. Gegenwärtig kann ein herkömmlicher Differentialmechanismus wegen der schlechten inneren Zugänglichkeit und der Anzahl von verschiedenen, zusammentreffenden Achsen nur manuell montiert werden. Die maschinelle Bearbeitung erfordert eine teure, platzintensive Transferstraße, die eine niedrige Flexibilität aufweist.
Richtige Wirkungsweise und vibrationsfreier Lauf des gesamten Differentials hängt von der genauen Geometrie aller zusammenpassender Bauteile und von einer steifen Abstützung der Vorgelege durch das Differentialgehäuse ab. Das Differentialgehäuse trägt nicht nur die inneren Vorgelege und das Hohlrad und das Antriebskegelrad, sondern es trägt auch die verschiedenen Differentiallager, und in vielen Gehäusen auch den Tachometermechanismus. Diese Bauteile erfordern unterschiedliche geometrische Merkmale, um ihre genaue Lage, Halterung und Zentrierung sicherzustellen.
Eisengußstücke weisen mehrere mit Material und Technologie zusammenhängende Unwirtschaftlichkeiten auf, die ihre Verwendung in manchen Differentialgehäusen einschränken. Verformbarkeit und Dehngrenze von Kugelgraphitguß sind bedeutend niedriger als die von Stahl. Folglich resultiert dies in einem schwereren Gehäuse als erforderlich, wäre das Gehäuse aus Stahl.
Ein Gehäuseaufbau gemäß dieser Erfindung für einen Differentialmechnismus schließt ein erstes Gehäuse-Teilstück ein, das eine erste Wand und erste auf der ersten Wand angeordnete Aussparungen aufweist, die sich in winkligem Abstand um eine Mittelachse dieses Gehäuseaufbaus befinden, ein dauerhaft mit dem ersten Gehäuse-Teilstück verbundenes zweites Gehäuse-Teilstück, das eine zweite Wand aufweist; zweite in dieser zweiten Wand angeordnete Aussparungen; wobei eine dieser zweiten Aussparungen im Winkel mit einer entsprechenden ersten Aussparung ausgerichtet ist und dadurch ein Aussparungspaar bildet, und die Aussparungspaare auf einer zu dieser Mittelachse querliegenden Achse ausgerichtet sind; und ein eine äußere Oberfläche eines Gehäuse-Teilstücks umgebendes und dauerhaft an ihr befestigtes Hohlrad. Das erste Gehäuse-Teilstück besitzt eine auf einer Außenfläche dieser ersten Wand angeordnete erste Oberfläche. Der zweite Gehäuseabschnitt besitzt eine auf einer Innenfläche der zweiten Wand angeordnete zweite Oberfläche. Die ersten und zweiten Oberflächen sind gegenseitig angrenzend, überlappend und einander zuweisend, und die ersten und zweiten Gehäuse-Teilstücke sind dauerhaft an den ersten und zweiten Oberflächen angebracht. Auf dem ersten Gehäuse-Teilstück wird eine Schulter bereitgestellt die eine komplementäre Schulter auf dem zweiten Gehäuse-Teilstück angreift, wenn die Gehäuse- Teilstücke richtig positioniert sind.
Es ist bevorzugt ein Differentialgehäuse unter Verwendung von Fließformungs-Techniken in zwei Teilen zu bilden, statt das Gehäuse zu gießen. Eine Sicherung der Ritzelwelle innerhalb des Gehäuses in geschlitzten Nuten oder Aussparungen - vorzugsweise Aussparungen die gegen die Außenseite des Gehäuses abgeschlossen sind - und dauerhaftes Verbinden der Gehäuseteile durch Schweißen oder Kleben statt der Verwendung von Verbindungsstücken resultiert in einem funktionell überlegenen Bauteil niedrigeren Preises.
Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abb. 1 ein Querschnitt eines herkömmlichen Kegelradvorgelege-Differentialmechanismus ist;
Abb. 2 eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch die Mittelebene eines Differentialmechanismus-Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 3 ein Querschnitt des Vorformlings für das obere Differentialgehäuse vor der maschinellen Bearbeitung ist, aufgenommen entlang einer Mittelebene;
Abb. 4 ein Querschnitt des unteren Differentialgehäuses nach der maschinellen Bearbeitung ist;
Abb. 5 ein Querschnitt des Vorformlings für das untere Differentialgehäuse vor der maschinellen Bearbeitung ist, aufgenommen entlang einer Mittelebene;
Abb. 6 ein Querschnitt des unteren Differentialgehäuses nach der maschinellen Bearbeitung ist;
Abb. 7 und 8 entsprechend isometrische Ansichten der unteren und oberen Gehäuse- Teilstücke sind;
Abb. 9 eine Ansicht eines Differentialgehäuse-Vorformlings ist, der drückgeformt oder fließgeformt wird;
Abb. 10 eine Reihe von Skizzen ist, welche die Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines unteren Differentilgehäuse-Teilstückes zeigt;
Abb. 11 eine Reihe von Skizzen ist, welche die Montageschritte eines Differentialmechanismus zeigen.
Unter Bezug auf Abb. 1 ist in einem herkömmlichen Differentialmechanismus zunächst ein Hohlrad 10, das integral mit einem Hohlrad-Innenrad gebildet ist, durch verschraubte Halterungen 12 mit einem Differentialgehäuse 14 verbunden, wobei der Aufbau für eine Rotation um eine Hauptachse 16 gestützt ist. Das Differentialgehäuse 14 ist integral mit Lagerzapfen 18, 20 gegossen, die axial gerichtet sind und eine Oberfläche bereitstellen, auf welcher Gleitlager angeordnet sind um den Aufbau um Achse 16 drehbar zu tragen. Innerhalb des Gehäuses angeordnet sind zwei Kegelritzel 22 auf einer Ritzelwelle 24 drehbar getragen, deren Position am Gehäuse durch Sprengringe 26 fixiert ist, die in die an jedem Ende der Welle 24 gebildeten, an die äußere Oberfläche von Gehäuse 14 angrenzenden, ringförmigen Sprengring-Aussparungen elastisch eingreifen. Alternativ kann die Ritzelwelle durch andere geeignete Vorrichtungen als Sprengringe an dem Gehäuse in Position gehalten werden. Die Seiten-Kegelradvorgelege 28, 30 stehen in fortwährendem Zahneingriff mit Ritzeln 22, 23 und sind jeweils für eine antriebsfähige Verbindung durch eine Keilwelle 31 an Achswellen angepaßt, die sich durch in jedem Lagerzapfen angeordnete Bohrungen hindurch nach außen vom Differentialgehäuse weg erstrecken.
Das Hohlrad wird durch die Antriebsquelle angetrieben und dreht Ritzelwelle 24 um Hauptachse 16, wodurch die Ritzel 22, 23 in einer Drehung um die Hauptachse getragen werden. Die Achswellen und Seiten-Kegelradvorgelege 28, 30 werden durch Eingriff mit den Ritzeln angetrieben.
Die Ritzel und Seiten-Vorgelege werden auf der inneren Oberfläche des Gehäuses gestützt, welche eine kugelförmige Kontur aufweist, und die Rückseite der Vorgelege und Ritzel ist entsprechend geformt. Alternativ werden die Seiten-Vorgelege in flachen Taschen oder auf flachen Schultern gestützt, und die Vorgelege- und Ritzel-Rückseiten sind ebenfalls flach und an die glatteren Oberflächen der Taschen oder Schultern angrenzend angeordnet. In einer anderen Anordnung werden die Seiten-Vorgelege in flachen Taschen oder auf flachen Schultern gestützt, die im Gehäuse gebildet sind; und die Rückseiten der Ritzel besitzen eine kugelförmige Kontur, wie jene der angrenzenden, inneren Oberflächen des Gehäuses.
Abb. 2 zeigt einen Differentialmechanismus-Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse schließt ein oberes Gehäuse-Teilstuck 32 und ein unteres Gehäuse-Teilstück 34 ein, wobei jedes Gehäuse-Teilstück eine gegenseitig angrenzende Oberfläche 36, 38 besitzt, wo die Gehäuse-Teilstücke durch eine Laser-Schweißnaht 40 - die an jenem kreisförmigen Bogen angeordnet ist, an dem die Oberflächen 36, 38 an der Außenseite der Gehäuse-Teilstücke enden - dauerhaft gegenseitig verbunden werden. Das untere; Gehäuse-Teilstück 34 schließt ein Flansch 42 ein, an welchem ein Hohlrad 44 vorzugsweise durch eine ähnliche Laser- Schweißnaht angebracht ist; die auf dem kreisförmigen Bogen 46 angebracht ist, wo Flansch 42 und Hohlrad 44 gegenseitig in Kontakt treten. Abb. 11 zeigt die bevorzugte Richtung der Laser, welche die Schweißnaht bilden. Alternativ können die Laser-Schweißnähte durch chemisches Kleben unter Verwendung eines hochfesten Polymers - wie etwa Epoxyd - oder andere geeignete Mittel ersetzt werden.
Flansch 42 kann entweder auf Teilstück 32 oder 34 angeordnet sein. Flansch 42 kann axial in jeder geeigneten Position angeordnet sein, etwa axial mit der Querachse von Ritzelwelle 48, um eine Biegung des Gehäuses zu minimieren.
Innerhalb des von den Gehäuse-Teilstücken 32, 34 umschlossenen Raumes ist die Ritzelwelle 48 angeordnet, welche die Kegelritzel 50, 52 drehbar trägt, welche entsprechend in fortwährendem, gegenseitigen Eingriff mit den Seiten-Kegelradvorgelegen 54, 56 stehen. Die innere Oberfläche der Seiten-Vorgelege 54, 56 ist mit axial gerichteten Keilnuten 57 gebildet, von denen jede für einen antriebsfähigen Eingriff durch eine Achswelle angepaßt ist. Die Mittellinie von Ritzelwelle 48 ist mit einer Querachse koaxial, die im wesentlichen zur zentralen Längsachse 62 senkrecht ist.
In Anwendungen, in denen die Größenordnung des durch den Differentialmechanismus übertragenen Drehmomentes relativ hoch ist, können in dem Aufbau drei oder vier Ritzel eingeschlossen sein, die vom Gehäuse getragen sind, mit den Seiten-Kegelradvorgelegen verzahnen und um die zentrale Achse herum gegenseitig mit Abstand angeordnet sind. Gehäuse-Teilstück 32 kann integral mit Lagerzapfen 58 gebildet werden; Teilstück 34 kann integral mit einem entsprechenden Lagerzapfen 60 gebildet werden. Alternativ können die Lagerzapfen 58, 60 getrennt von den Gehäuse-Teilstücken 32, 34 gebildet und dann an den Gehäuseaufbau angeschweißt werden. Der Differentialaufbau wird zur Drehung um die Längsachse 62 auf Lagern getragen, die über den Lagerzapfen 58, 60 angebracht sind.
Abb. 3 zeigt den Vorformling des oberen Differentialgehäuse-Teilstückes 70, das wie unten beschrieben fließgeformt oder drückgeformt ist, und das eine teilweise kugelförmige innere Oberfläche aufweist; halbkreisförmige, in gleichen Winkelpositionen um die Zentralachse angebrachte und sich durch Wand 64 erstreckende Aussparungen 66; und eine zylindrische Oberfläche 68 auf der inneren Oberfläche des Lagerzapfen 58. Vorzugsweise ist keine der Innenflächen der beiden Vorformlinge 70, 74 maschinell bearbeitet, sondern wird statt dessen durch Drückformung oder Fließformung einer kreisförmigen Stahlscheibe oder eines gestanzten Werkstücks über einem Spannfutter gebildet, dessen äußere Oberfläche die letztliche Form, Abmessungen und Maßtoleranzen der inneren Oberflächen der Vorformlinge 70, 74 bestimmt.
Bestimmte Außenflächen des oberen Differentialgehäuse-Vorformlings 70 werden maschinell in die Form des in Abb. 4 gezeigten, oberen Gehäuse-Teilstückes 32 bearbeitet. Ein Vergleich der Abb. 3 und 4 deutet an daß die zylindrische Oberfläche 36, Schulter 72, Lagerzapfen 58 und Material an der axialen, inneren Abgrenzung maschinell aus Vorformling 70 herausgearbeitet werden. Das obere Gehäuse 32 besitzt eine kreisförmige Oberfläche 73, die konzentrisch mit der Achse - aber von halbkreisförmigen Aussparungen 66 unterbrochen - ist. Abb. 5 zeigt den unteren Getriebegehäuse-Vorformling 74, der drückgeformt oder fließgeformt ist; und Abb. 6 zeigt diesen Vorformling nach der maschinellen Bearbeitung. Bezieht man sich zuerst auf Abb. 5, so ist die vollständige Innenfläche von Vorformling 74 identisch mit der letztlichen Form des unteren Gehäuses 34, einschließlich der zylindrischen Oberfläche 76, der kugelförmigen Oberfläche 78, Schulter 79, der zylindrische Oberfläche 38 und der halbkreisförmigen Aussparungen 80, welche an im Durchmesser gegenüberliegenden Seiten einer Querachse in Winkelabständen um die Achse 62 angeordnet sind. Jede Aussparung 80 erstreckt sich teilweise durch die Dicke von Wand 82 hindurch, und bildet an jedem Aussparungsort eine halbkreisförmige, zylindrische Oberfläche 84, wobei jede Aussparung an ihrer äußeren radialen Begrenzung von dem verbleibenden Abschnitt 86 von Wand 82 geschlossen ist. Wenn montiert ist jedes axiale Ende von Ritzelwelle 48 in einer kreisförmigen, zylindrischen Aussparung angeordnet, die entsprechend von den halbkreisförmigen, zylindrischen Aussparungen 66, 80 auf den Gehäuse-Teilstücken 32, 34 beschrieben werden. Unter Bezug auf Abb. 6 werden die Außenflächen einschließlich des Lagerzapfens 60, auf welchem die Lager angebracht sind, der angrenzenden Schulter 88, sowie Schulter 90, wo der Tachometer-Mechanismus installiert ist, und der Außenfläche von Flansch 42 maschinell in den Vorformling 74 gearbeitet. Innenflächen werden nicht maschinell bearbeitet.
Schmierlöcher 92 können durch die vollständige Stärke von Wand 82 hindurch gestochen, gebohrt oder mit Laser geschnitten werden, bevorzugt an solch wechselseitig mit Abstand angebrachten Orten welche die Drehung der Vorgelege nicht beeinflussen, d. h. an anderen Orten als den Rückseiten der Vorgelege.
Es ist eine alternative Technik zu der in Abb. 2 gezeigten verfügbar, um einen Unteraufbau von Vorgelegen, Ritzeln und der Ritzelwelle in dem Gehäuse anzubringen. Anstatt die Ritzelwelle 48 in Paaren blinder Aussparungen 66, 80 anzuordnen können in den Lagen der Aussparungen 80 Löcher durch die Wände 82, 64 hindurch gebildet werden. Wird diese Alternative verwendet, so ragen die axialen Enden der Ritzelwelle 48 an jeder Seite aus dem Gehäuse heraus, wie es in Abb. 1 gezeigt ist. Jedes Ende von Welle 45 besitzt eine zur Aufnahme eines Sprengrings taugliche Aussparung, welche an der Außenfläche des Gehäuses installiert ist, so daß ein Sprengring elastisch eingreift und in jeder Aussparung sitzt.
Während der Montage des Differentialmechanismus werden die Gehäuse-Teilstücke 32, 34 für den Zusammenbau richtig positioniert, wenn die zylindrischen Oberflächen 36, 38 wechselseitig aneinander angrenzen und die Schultern 73, 79 wechselseitig aneinander angrenzen.
Drückformung oder Fließformung ist ein besonders geeigneter Kaltbearbeitungs-Vorgang um schüsselförmige Teile herzustellen, vorzugsweise rotationssymmetrische Teile. Das Werkstück wird über einem Futter geformt, indem Walzen - die profiliert sein können - gedreht werden. Drückformung ist ein Vorgang in welchem das Material durch eine von den Walzen auf das Werkstück angewandte Kombination von Druck- und Zugkräften plastifiziert wird. Fließformung ist ein Vorgang in welchem die Verformung das Ergebnis von durch die Walzen auf ein Werkstück angebrachte Druckkräfte ist. Während der Formung wird das Material des Werkstücks plastifiziert, was ein Zurückfedern minimiert und eine hohe Maßgenauigkeit zuläßt. Der äußere Umriß des Futters wird sehr genau in die Innenfläche des Teils eingedrückt. Die äußere Kontur wird durch die drehenden Walzen nur frei geformt. Daher besitzt sie an der Außenseite eine wellige Oberflächenbeschaffenheit. Um das fertiggestellte Teil vom Futter zu entfernen, kann unter Verwendung eines dehnbaren Futters eine Hinterschneidung gebildet werden.
Im Falle einer Drückformung gibt es während des Form Vorgangs im allgemeinen keine absichtliche Änderung der Wandstärke. Das Anfangs-Werkstück ist eine Blechscheibe.
Im Falle der Fließformung gibt es während des Formvorgangs eine beabsichtigte Änderung der Wandstärke auf jene des geformten Teils. Für eine Verstärkung und Versteifung des Teils, wie es durch seine Betriebsbelastung und Materialeigenschaften gefordert wird, ist eine lokale Steigerung der Wandstärke hilfreich. Das Anfangs-Werkstück ist ein Rohr oder eine Tasse, welche parallele Wände besitzt oder konisch zulauft. Der Vorformling wird gegen ein drehendes Futter gespannt, welches von einer Spindel angetrieben wird. Eine oder mehrere drehende Walzen bringen eine radiale Kraft auf die Oberfläche des Vorformlings an, bis die Innenfläche des Werkstücks der Außenfläche des drehenden Futters entspricht und die erforderliche Form und Abmessungen annimmt.
Abb. 9 veranschaulicht einen Prozeß zur Formung der oberen und unteren Gehäuse- Vorformlinge 70, 74 aus einem Werkstück 94 über einem rotierenden Futter 96, das durch eine Spindel 97 angetrieben ist. Das Material wird durch Anwendung von Druckkraft auf das Werkstück über einen Satz von Formwalzen 98, 99 plastifiziert. Vorzugsweise ist das Metall- Werkstück entweder eine Blechscheibe, ein Rohr oder eine Tasse. Fließformung sorgt für eine variable Wandstärke, und erlaubt es daß das Material des Werksstückes in Bereichen, wo sonst hohe Betriebsbelastungen auftreten würden, verdickt wird. Das Material des Werkstücks kann in Bereichen niedriger Belastung vermindert werden, um das Gewicht zu minimieren. Das Verfahren ist im wesentlichen spanlos und erzeugt eine vorzügliche innere Maßgenauigkeit und Oberflächengüte. Es ist flexibel und in der Lage integrierte Profile und Merkmale zu schaffen.
Drückformung oder Fließformung steigern die Härte des Werkstücks - aufgrund der Bearbeitungsverfestigung des Materials, die während der Formung auftritt - um ungefähr 10-15 Einheiten ausgehend von ihrem ursprünglichen Zustand. Um die Fließformung zu erleichtern kann das Gehäuse durch Induktionsheizung lokal geglüht werden, wenn eine Bearbeitungsverfestigung des Werkstücks auftritt.
Abb. 9 zeigt - in dem Bereich oberhalb der horizontalen Mittelachse des rotierenden Futters 96 - einen Scheibenzuschnitt 94, der seine Innenfläche fortschreitend in Übereinstimmung mit dem äußeren Umriß des rotierenden Futters geformt bekommt, während die Formwalzen 98, 99 sich axial über die Oberfläche des Werkstücks bewegen. Alternativ kann das Werkstück aus einem Scheibenzuschnitt in eine tassenförmige Form gestanzt werden, die parallele Seiten aufweist. Dann wird das Werkstück wie oben beschrieben über einem Futter fließgeformt.
Abb. 10 zeigt eine Reihe von Schütten, die zur Bildung des unteren Differentialgehäuses 32 verwendet wird. Eine Stahlscheibe oder ein Stahlzuschnitt 94 wird in das tassenförmige Werkstücke 100 gestanzt. Danach wird das Teil über einem Futter 96 angebracht und in die Form des Gehäuse-Vorformlings 74 fließgeformt. Dann werden - wenn gewünscht - Schmierlöcher 84 wie oben beschrieben durch die Wand des Vorformlings gestochen, gebohrt, oder mit Laser geschnitten. Abschließend werden die hervorgehobenen Bereiche der Außenfläche von Vorformling 74 auf die abschließenden Abmessungen fertiggedreht.
Die Herstellung des oberen Differentialgehäuses ist im wesentlichen die gleiche wie die unter Bezug auf Abb. 10 gezeigten Schritte, außer daß in dem oberen Gehäuse-Teilstück keine Schmierlöcher gebildet werden. Die Innenfläche der Vorformlinge wird fließgeformt und erfordert danach vorzugsweise keine maschinelle Bearbeitung.
Man nehme nun Bezug auf Abb. 11, welche die Verfahrensschritte zur Montage des Differentialmechanismus veranschaulicht. Zuerst wird das Hohlrad 44 über die äußere, maschinell bearbeitete Oberfläche von Flansch 42 aufgepreßt. Dann wird ein Unteraufbau -welcher Ritzelwelle 48, die Ritzel 50, 52, Seiten-Vorgelege 54, 56 in Verzahnung mit den Ritzel-Vorgelegen, und eine Kunststoffeinlage 55 in Form einer teilweise kugelförmigen, die Ritzelwelle und die Außenflächen der Ritzel und Vorgelege umgebenden Abdeckung umfaßt - innerhalb des unteren Gehäuse-Teilstücks 34 derart eingesetzt, daß jedes Ende der Ritzelwelle innerhalb einer halbkreisförmigen Aussparung 80 sitzt. Nachdem der Unteraufbau innerhalb des unteren Gehäuse-Teilstücks 34 eingesetzt ist, wird der Gehäuseabschnitt 32 derart innerhalb des unteren Gehäuse-Teilstückes eingesetzt, daß über jedem Ende der Ritzelwelle - an eine Aussparung 80 angrenzend und mit dieser ausgerichtet - eine halbkreisförmige Aussparung 66 angeordnet ist. Wenn dies geschehen ist, werden die zylindrischen Oberflächen 36 des oberen Gehäuse-Teilstückes 32, innerhalb des unteren Gehäuse-Teilstückes 34, an die zylindrischen Oberflächen 38 angrenzend angeordnet.
Als nächstes wird das Hohlrad dauerhaft mit dem oberen Gehäuse-Teilstück verbunden, bevorzugt durch eine Laser-Schweißnaht in der von Pfeil A angezeigten Lage. Die oberen und unteren Gehäuse-Teilstücke 32, 34 werden dann gegenseitig dauerhaft durch eine Laser- Schweißnaht an der kreisförmigen Schweißlinie 40 - dargestellt durch die Pfeile B - miteinander verbunden, die den Oberflächen 36, 38 angrenzend am axialen, äußeren Rand angeordnet ist. Alternativ kann die Laser-Schweißnaht durch eine Klebung unter Verwendung eines hochfesten Polymers, wie etwa Epoxyd, ersetzt werden.
Als nächstes wird eine Prüfung von Spiel und Drehmomentwiderstand vorgenommen. Dann wird auf Lagerzapfen 58, an die Schulter 72 angrenzend, eine Lagertasse 110 auf dem oberen Gehäuse-Teilstück 32 angebracht und Lager 112 wird über Lagerzapfen 60, an die Schulter 88 angrenzend, auf dem unteren Gehäuse-Teilstück 34 eingesetzt. Eine Tachometermechanismus 114 ist auf der Außenfläche des unteren Gehäuse-Teilstückes an die Schulter 90 angrenzend angeordnet.
Der Differentialmechanismus gemäß dieser Erfindung schließt ein aus kaltbearbeiteten Teilen hergestelltes Gehäuse ein, welches eine bessere Leistung erbringt und effizienter hergestellt wird als das gegenwärtige, herkömmliche Gehäuse aus Gußeisen. Die Erfindung ist auf handbetätigte Getriebe, automatische Getriebe und Achsdifferentiale anwendbar. Das am Umfang verschlossene Differentialgehäuse dieser Erfindung resultiert in einer konstanten Steifheit über den Umfang hinweg, welche Durchbiegungen zwischen dem Hinteradantrieb und dem Hohlrad minimiert, die relative Rollbewegung zwischen den Zähnen der Vorrichtung verbessert, und Lärm, Vibration und Ruppigkeit vermindert.
Die Stanz- und Formvorgänge resultieren in einer niedrigeren Zykluszeit als die meisten maschinellen Bearbeitungsvorgänge, und steigern den Ausstoß an Teilen bei niedrigeren variablen Kosten. Das Gehäuse dieser Erfindung vereinfacht die Montage interner Bauteile und ist für eine automatisierte Montage empfänglich.
So gut wie alle duktilen Materialien können kalt drückgeformt oder fließgeformt werden. Annehmbare Materialien schließen unlegierte und niedriglegierte Kohlenstoffstähle, Aluminiumlegierungen und Nichteisen-Metalle wie etwa Titan, Kupfer usw. ein. Vorzugsweise bestehen die Gehäuse-Teilstücke aus hochfestem, niedriglegierten Stahl, d. h. in einem Durchgang kaltgewalztem Stahlband, geglühtem HSLA (SÄE J 1392, Substrat 050 XLF), das kommerziell von verschiedenen Stahlherstellern zu beziehen ist, oder einem anderen geeigneten Stahl. Wichtige Materialeigenschaften der Stähle, auf die Bezug genommen wird, schließen die Dehngrenze ein: 40 ksi Minimum, typisch 48 ksi; Zugfestigkeit: 50 ksi Minimum; Längung (2"): mindestens 22 Prozent.

Claims

1. Ein Gehäuseaufbau für einen Differentialmechanismus, der umfaßt:

ein erstes Gehäuse-Teilstück (32), das eine erste Wand (64) und erste auf der ersten Wand (64) angeordnete Aussparungen (66) aufweist, die sich in winkligem Abstand um eine Mittelachse dieses Gehäuseaufbaus befinden: und

ein dauerhaft mit dem ersten Gehäuse-Teilstück (32) verbundenes zweites Gehäuse-Teilstück (34), das eine zweite Wand aufweist (82); zweite in dieser zweiten Wand angeordnete Aussparungen (80); wobei eine dieser zweiten Aussparungen (80) im Winkel mit einer entsprechenden ersten Aussparung (66) ausgerichtet ist und dadurch ein Aussparungspaar bildet, und die Aussparungspaare (66, 80) auf einer zu dieser Mittelachse querliegenden Achse ausgerichtet sind; und

ein eine äußere Oberfläche eines Gehäuse-Teilstücks (34) umgebendes und dauerhaft an ihr befestigtes Hohlrad (44);

dadurch gekennzeichnet daß das erste Gehäuse-Teilstück (32) eine auf einer Außenfläche dieser ersten Wand (64) angeordnete erste Oberfläche (36) besitzt;

dieser zweite Gehäuseabschnitt (34) eine auf einer Innenfläche der zweiten Wand angeordnete zweite Oberfläche (38) besitzt;

diese ersten und zweiten Oberflächen (36, 38) gegenseitig angrenzend, überlappend und einander zuweisend sind, und die ersten und zweiten Gehäuse-Teilstücke (32, 34) dauerhaft an diesen ersten und zweiten Oberflächen (36, 38) angebracht sind;

eine auf dem ersten Gehäuse-Teilstück (32) bereitgestellte Schulter (73), die eine komplementäre Schulter (79) auf diesem zweiten Gehäuse-Teilstück (34) angreift, wenn die Gehäuse-Teilstücke richtig positioniert sind.

2. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, in dem:

jede dieser ersten Aussparungen (66) eine sich durch die erste Wand (64) hindurch erstreckende, halbkreisförmig zylindrische Oberfläche ist; und

jede dieser zweiten Aussparungen (80) eine zu dieser ersten Aussparung (66) komplementäre, halbkreisförmig zylindrische Oberfläche ist, die sich teilweise durch die Stärke dieser zweiten Wand (82) hindurch erstreckt, wobei jedes Aussparungspaar (66, 80) im Wesentlichen einen kreisförmigen Zylinder bildet.

3. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, der weiterhin umfaßt:

einen ersten auf dem ersten Gehäuse-Teilstück (32) angeordneten Lagerzapfen (58), der sich entlang der Mittelachse vom Innenraum dieses ersten Gehäuse-Teilstücks her nach außen erstreckt, wobei eine erste, an einem inneren axialen Ende davon angeordnete Schulter (72) eine axial nach außen weisende, blockierende Oberfläche abgrenzt;

einen zweiten auf dem zweiten Gehäuse-Teilstück (34) angeordneten Lagerzapfen (60), der sich entlang der Mittelachse vom Innenraum dieses zweiten Gehäuse-Teilstücks her nach außen erstreckt, wobei eine zweite, an einem inneren axialen Ende davon angeordnete Schulter (88) eine axial nach außen weisende, blockierende Oberfläche abgrenzt.

4. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, der weiterhin Ritzel (38, 52) und Vorgelege (54, 56) umfaßt, die innerhalb eines durch die ersten und zweiten Wände (64, 82) definierten Innenraumes drehbar montiert sind; und der eine die Ritzel und Vorgelege umgebende und ihnen angrenzende innere Oberfläche besitzt, wobei eine dieser Wände (64, 82) mit Abstand um diese Achse herum angeordnete und sich durch diese Wand (64, 82) hindurch erstreckende Schmierlöcher (94) aufweist.

5. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, der weiterhin umfaßt:

ein integral mit einem dieser Gehäuse-Teilstücke gebildetes Flansch (42), das sich von dieser Mittelachse aus radial nach außen erstreckt; und

ein im Wesentlichen mit der Mittelachse koaxiales Hohlrad (44), das ein Flansch (42) umgibt und dauerhaft mit ihm verbunden ist.

6. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 5, der weiterhin umfaßt:

eine erste Schweißung, angeordnet an den ersten und zweiten Oberflächen (36, 38), die gegenseitig die ersten und zweiten Gehäuse-Teilstücke (32, 34) verbindet; und

eine zweite Schweißung, die gegenseitig das Hohlrad (44) und das Flansch (42) verbinden.

7. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, in dem die erste Oberfläche (36) und die zweite Oberfläche (38) sich axial entlang und am Umfang um diese Mittelachse herum erstreckt.

8. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, in dem

jede dieser ersten Aussparungen (66) eine auf einer Innenfläche der ersten Wand (64) angeordnete, halbkreisförmige, zylindrische Oberfläche besitzt; und

jede dieser zweiten Aussparungen (80) eine zu dieser ersten Aussparung komplementäre, auf einer Innenfläche der zweiten Wand (82) angeordnete, halbkreisförmige, zylindrische Oberfläche (84) besitzt; wobei jedes Aussparungspaar im Wesentlichen einen kreisförmigen Zylinder bildet, und die ersten und zweiten Aussparungspaare (66, 80) auf dieser querliegenden Achse im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse mit Abstand angeordnet sind.

9. Ein Gehäuseaufbau gemäß Anspruch 1, in dem:

diese ersten Aussparungen (66) jede eine halbkreisförmige, zylindrische Oberfläche aufweisen und an auf dem Durchmesser gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse angeordnet sind, und sich durch die erste Wand (64) hindurch erstrecken;

wobei diese zweiten Aussparungen (80) jede eine zu einer ersten Aussparung (66) komplementäre, halbkreisförmige, zylindrische Oberfläche besitzen und im Winkel mit einer entsprechenden ersten Aussparung ausgerichtet sind, die an auf dem Durchmesser gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse angeordnet sind und sich durch die zweite Wand (80) hindurch erstrecken.