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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Planetengetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem drehfest im Gehäuse montierten Hohlrad.
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Planetengetriebe, die als Differenziale genutzt werden und in Antriebsvorrichtungen von Antriebsmaschinen eingesetzt werden, sind bspw. aus der
DE 20 2012 006 745 U1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Antriebsvorrichtung, mit einer ersten Abtriebswelle und einer zweiten Abtriebswelle und einer ein- und ausrückbaren Kupplung, wobei in einem ersten Planetentrieb ein erstes Sonnenrad mit einem ersten Satz Planetenräder, welche an einem ersten Planetenträger drehbar gelagert sind, in Wirkzahneingriff steht, und wobei der erste Planetentrieb mit einer Antriebsmaschine und einem Differenzial wirkverbunden ist, und dabei wenigstens ein erstes Kupplungselement der Kupplung, welches drehmomentfest mit einer ersten Anschlusswelle des ersten Planetentriebs wirkverbunden ist, und ein zweites Kupplungselement der Kupplung, welches drehmomentfest mit einer koaxial an einer Zentralachse der Antriebsvorrichtung zur ersten Anschlusswelle des Planetengetriebes ausgerichteten zweiten Anschlusswelle verbunden ist, miteinander ein- und ausrückbar wirkverbunden sind, und wobei die erste Anschlusswelle das erste Sonnenrad ist.
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Das Einsetzen von Hohlrädern in Gehäusen ist auch bspw. aus der
DE 10 2012 202 460 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine elektromotorische Getriebevorrichtung mit einem einstückigen Gehäuse. Es soll dabei die Aufgabe gelöst werden, eine elektromotorische Getriebevorrichtung zu erhalten, welche fertigungstechnisch einfach herstellbar ist und zugleich eine hohe Betriebssicherheit verspricht. Dazu wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, eine elektromotorische Getriebevorrichtung zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für ein Fahrzeug zu verwenden, mit einem Elektromotor zur Erzeugung des Antriebsdrehmoments, mit einem Getriebe zur Umsetzung des Antriebsdrehmoments, mit einem Motorgehäuseabschnitt, in dem der Elektromotor angeordnet ist, mit einem Getriebegehäuseabschnitt, in dem das Getriebe angeordnet ist, mit einem Kühlkreislauf, wobei der Motorgehäuseabschnitt einen Teil eines Motorkühlabschnitts zur Kühlung des Elektromotors und der Getriebegehäuseabschnitt einen Teil eines Getriebekühlabschnitts zur Kühlung des Getriebes bildet, wobei der Motorgehäuseabschnitt und der Getriebegehäuseabschnitt als ein gemeinsames Gehäuse einstückig ausgebildet sind.
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Bisher werden formschlüssige Verbindungen zwischen einem Hohlrad und einem Gehäuse, etwa einem Getriebegehäuse eingesetzt. Derartige Verbindungen können in elektrischen Antriebsachsen und deren Getrieben eingesetzt werden, wenn deren Gehäuse über formgebundene Gussverfahren hergestellt werden.
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Es ist momentan kein Stand der Technik bekannt, der ein Hohlrad und ein Gehäuse fest verbindet. Derzeit findet bei spanend hergestellten Mustern eine aufwändige Bearbeitung der Durchmesser und Flanken statt. Dies ist jedoch für eine serienreife Produktion zu zeitaufwändig und zu kostenintensiv.
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Die bisher möglichen Geometrien und Gestaltungen sind deshalb nicht zufriedenstellend. Das liegt daran, dass die bekannten Geometrien zur Momentenübertragung von Hohlradträgern abgeleitet wurden, welche bei Planetengetrieben zum Einsatz kommen.
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Häufig sind radial von der Außenseite des Hohlrades abstehende Laschen notwendig, um ein Festlegen des Hohlrades an einem Gehäuse, insbesondere ein Drehfestlegen durch Eingreifen der Laschen in entsprechende Taschen am Gehäuse zu gewährleisten. Dies ist aber nur nach einer aufwändigen spanenden Bearbeitung / Herstellung des Gehäuses möglich.
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Auch die Hohlradgeometrie kann nur erreicht werden, wenn eine aufwändige spanende Herstellung genutzt wird. Dies bedingt sehr hohe Taktzeiten, was sich negativ in den resultierenden Kosten auswirkt. Auch ist immer ein Spiel zwischen den Flanken der ineinandergreifenden Bauteile, also dem Hohlrad und dem Gehäuse festzustellen. Auch gilt es diesen Nachteil zu beseitigen und das Spiel zu verkleinern oder zu beeitigen.
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Die Aufgabe ist es ferner, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildern, wobei insbesondere eine kostengünstige Lösung für eine Hohlradanbindung zur Verfügung gestellt werden soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gehäuse erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Hohlrad mit dem / in dem Gehäuse vergossen ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse zumindest abschnittsweise um das Hohlrad (herum) gegossen ist. Eine drehfeste Verbindung zwischen den zwei Bauteilen kann dann wirkungsvoll erreicht werden. Insbesondere beim temperaturbedingten Schrumpfen des Gehäuses wird eine besonders feste Verbindung erreicht.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Außenumfangsfläche des Hohlrads vollständig von Gussmaterial des Gehäuses umgeben ist und beide daran angrenzenden Axialflächen des Hohlrads zumindest teilweise in Anlage mit dem Gussmaterial des Gehäuses befindlich sind. Die Montage wird durch ein präzises Anlegen der Einzelteile aneinander erleichtert. Auch wird ein Abstützen des Hohlrades am Gehäuse, insbesondere einer oder zwei Stufen des Gehäuses möglich, was das Einbringen größerer Axialkräfte auf das Hohlrad bei Unterschiedlichkeit zum Gehäuse ermöglicht. Um eine Aussparung am Gehäuse vorhalten zu können, ist es von Vorteil, wenn die Außenumfangsfläche des Hohlrades nur teilweise von Gussmaterial des Gehäuses bedeckt ist.
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Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn über einen Hinterschnitt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Hohlrad und dem Gehäuse realisiert ist. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen dann nicht zu einem ungewünschten Lösen der Einzelbauteile voneinander etwa zu einem Klappern, Achsversatz, oder Spiel.
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Es ist auch zweckmäßig, wenn eine Axialfläche vollständig in Anlage mit dem Gussmaterial (befindlich) ist und / oder die andere Axialfläche teilweise, vorzugsweise zwischen 10 % und 50 %, weiter vorzugsweise 20 %, 25 %, 30 %, 35 % oder 40 %, (überlappend) in Anlage mit dem Gussmaterial ist.
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Damit eine besonders langlebige Gehäuse-Hohlradkombination erreicht werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Hohlrad ein spanend oder spanlos vorbereitetes Fertigteil aus einer Stahllegierung ist.
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Wenn die Außenumfangsfläche des Hohlrads eine außenverzahnte, geriffelte oder genutete Form aufweist, in die eine gegengleiche Innenfläche des Gehäuses greift / eingesetzt ist, so wird die Verdrehbarkeit der Einzelteile zueinander noch wirkungsvoller ausgeschlossen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich zwischen dem Gehäuse und dem Hohlrad eine hintergreifende, umgreifende, formschlüssige Verbindung zu realisieren. Das Hohlrad ist sicher und fest positioniert, auch bei größerer Wärmeausdehnung des Gehäuses.
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Dabei ist es auch von Vorteil, wenn das Hohlrad an einer Schulter des Gehäuses anliegt.
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Die Formenvielfalt und Gestaltungsfreiheit lässt sich erweitern, wenn das Hohlrad zum Gehäuse exzentrisch angeordnet ist, beispielsweise versetzt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Planetengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe für einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, wie eines PKWs, eines LKWs oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen eines Hohlrades in einem Gehäuse eines Planetengetriebes, insbesondere einem Gehäuse der erfindungsgemäßen Art, bei dem das fertige Hohlrad auf ein kernartiges Werkzeug bis zum in Anlage gelangen mit einem radial vom kernartigen Werkzeug abstehenden Absatz verbracht wird, mit gleichzeitigem oder nachfolgendem Positionieren eines schieberartigen Werkzeugs außerhalb des kernartigen Werkzeugs und des Hohlrads unter Vorhalten eines Spalts zwischen dem schieberartigen Werkzeug und sowohl dem Hohlrad, als auch dem kernartigen Werkzeug, mit (gleichzeitigem oder nachfolgendem) Ausfüllen des Spalts mit Gussmaterial zum Ausbilden des Gehäuses. Die einzelnen Schritte sollen bevorzugt zeitlich hintereinander abfolgen.
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Man könnte auch sagen, dass die erfinderische Lösung der Aufgabe darin besteht, dass das Hohlrad einer Planetenstufe direkt in das Gehäuse / Getriebegehäuse vergossen / eingegossen wird. Dazu ist es von Vorteil, wenn das Hohlrad beim Gießvorgang definiert in seiner Position festgehalten wird. Die Positionierung des Hohlrades erfolgt über das kernartige Werkzeug / den Kern eines Druckgusswerkzeuges. Über Segmente bzw. den Durchmesser am Kern wird die Koaxialität zum Gehäuse (z.B. Lagersitz) sichergestellt. Die axiale Positionierung erfolgt über einen Absatz bzw. einen Schieber oder eine ähnliche schieberartige Werkzeugausgestaltung, insbesondere eine Klemmvorrichtung am Kern. Eine Positionierung von außen, z.B. über einen Schieber des Druckgusswerkzeuges, ist nicht ausgeschlossen.
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Durch dieses Verfahren ist es möglich, auch mehrere Hohlräder koaxial zueinander oder gezielt versetzt zur Rotations- / Hauptachse zu positionieren.
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Um das Zentrum oder die Gehäuseachse für eine spätere spanende Bearbeitung, etwa im Bereich eines Lagersitzes, zu finden, können die Hohlräder am Zentrierdurchmesser oder am Kopfkreisdurchmesser auf der Maschine eingemessen werden. So kann die Bearbeitungsachse dreidimensional im Raum definiert werden.
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Das Hohlrad wird also im Gehäuse vergossen / eingegossen. Das Gusswerkzeug bietet dabei die Möglichkeit, das Hohlrad sowohl in radialer, als auch in axialer Richtung gezielt zu positionieren. Das Hohlrad verfügt über eine Geometrie zur Aufnahme von Drehmomenten und Axialkräften. Das Hohlrad verfügt über eine Geometrie zur Bestimmung von Position und Lage relativ zu den Werzeugen und/oder Fertigteilen. Es bietet sich die Möglichkeit, Hohlräder exzentrisch zueinander oder versetzt zur Hauptachse zu vergießen. Auch können mehrere Hohlräder in einem Gehäuse vergossen werden. Die Erfindung kann bei einem fest im Gehäuse positionierten Hohlrad umgesetzt werden, insbesondere können feste Hohlräder in Getrieben von E-Achsen realisiert werden. Ein Druckgussverfahren bietet sich an. Auf spanend hergestellte Taschen im Gehäuse kann verzichtet werden. Die Nachbearbeitung der Taschen ist in der Serienfertigung nun nicht mehr notwendig, weswegen Kosten und Zeit eingespart werden können. Durch die Erfindung kann die spanende Bearbeitung bis zu einer Stunde pro Gehäuse reduziert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der das Herstellen einer ersten erfindungsgemäßen Gehäuse-Hohlrad-Kombination dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses, in dem ein Hohlrad (nicht zu sehen) auf einem Druckgusswerkzeugkern sitzt,
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2 eine weitere perspektivische Darstellung des Gehäuses auf dem Druckgusswerkzeugkern,
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3 einen Schnitt durch den Druckgusswerkzeugkern, das Hohlrad und das außerhalb davon angeordnete Gehäuse im nur teilweise dargestellten Längsschnitt,
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4 die Darstellung der Bauteilkombination aus 3 im komplett dargestellten Längsschnitt,
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5 einen Schnitt entlang der Linie V durch die Bauteilkombination aus 4, wobei die 4 wiederum eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV aus 5 wiedergibt,
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6 die Bauteilkombination aus 4 mit sie umgebendem Druckgusswerkzeugschieber,
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7 einen Schnitt entlang der Linie VII durch die konzentrische Schachtelung der Bauteile aus 6, wobei die 6 den Schnitt entlang der Linie VI durch die 7 wiedergibt, und
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8 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine alternative Gehäuse-Hohlrad-Kombination.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein radial außenliegendes Gehäuse 1 mit einer Kerben- oder Riffelgeometrie 2 im Bereich eines dort nicht erkennbaren Hohlrades 3 ausgebildet. Das Hohlrad 3 ist aber gut in den 3 bis 7 zu erkennen.
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Zurückkommend auf die 1 sei auf das konzentrisch innerhalb des Hohlrades 3 und des Gehäuses 1 vorhandene Werkzeug hingewiesen, das auch als Werkzeugkern oder kernartiges Werkzeug, Werkzeugkern oder Kern 4 bezeichnet werden kann.
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Das Gehäuse 1 ist letztlich das Fertigteil, d.h. das Erzeugnis, was geschaffen wird, indem dann das Hohlrad 3 drehfest eingebaut ist.
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In 3 ist eine Teildarstellung des in den 1 und 2 dargestellten Konglomerats wiedergegeben. Das Werkzeug / der Kern 4 weist eine Schulter 5 auf, an der das Hohlrad 3 in Anlage kommt. Eine Axialfläche 6 des Werkzeugs / Kerns 4 ist dabei in direktem Kontakt mit einer Axialfläche 7 des Hohlrades 3. Die Schulter 5 ist jedoch nicht so hoch, dass sie vollständig die Axialfläche 7 des Hohlrades 3 bedeckt. Jene, in einer Freistellung resultierende Ausgestaltung der Axialfläche 7 erfolgt, um die Montierbarkeit mit einem Planetenträger zu erleichtern oder sogar sicher zu stellen.
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Ein Überstand 8 des Hohlrades 3 liegt an einer Axialfläche 9 des Gehäuses 1 an.
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Das Hohlrad 3 weist auch eine weitere Axialfläche auf, die auch als zweite Axialfläche 10 bezeichnet wird. Beide Axialflächen 7 und 10 sind Stirnflächen des Hohlrades 3. Die zweite Axialfläche 10 des Hohlrades 3 ist vollständig in Anlage, auch über die gesamte Fläche, mit einer weiteren Axialfläche des kernartigen Werkzeugs 4. Diese Axialfläche wird als Axialfläche 11 bezeichnet und ist somit eine zweite Axialfläche. Die erste Axialfläche 6 ist ebenfalls eine Stirnfläche, wie auch die zweite Axialfläche 11 des kernartigen Werkzeugs 4.
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Wie in 4 gut zu erkennen, liegt das Hohlrad 3 auch an einer Schulter 12 des Gehäuses 1 an. Das Hohlrad 3 ist auch ein Fertigteil bzw. ein Erzeugnis.
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Dass das Hohlrad 3 eine Außenverzahnung 13 aufweist, wobei die Zahnfüße und Zahnköpfe quer zur Axialrichtung, vorzugweise orthogonal dazu ausgerichtet sind, ist gut zu erkennen. Diese Außenverzahnung 13 spiegelt sich in der Riffelgeometrie 2 des Gehäuses 1 wider. Wenn statt der Riffelgeometrie 2 eine andere Geometrie auf der Außenfläche des Hohlrades 3 vorhanden ist, so zeigt sich am Gehäuse eine entsprechend andere Geometrie. Gerade eine Hinterschnittgeometrie bietet sich auch an eingesetzt zu werden.
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Das Hohlrad 3 weist auch eine Innenverzahnung 14 auf. Die Innenverzahnung kann als Gerad- oder Schrägverzahnung ausgebildet sein.
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Das Hohlrad 3 weist auch einen Zentrierdurchmesser 15 auf und einen Kopfkreisdurchmesser 16, wie gut in 4 und 3 zu erkennen.
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In den 6 und 7 ist das Übergestülpt sein eines schieberartigen Werkzeugs / Schiebers 17 dargestellt.
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In der 8 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts eines in dem Gehäuse 1 über eine hinterschnittartige oder umgreifende Formschlussverbindung festgelegten Hohlrads 1 gezeigt. Dabei weist das Hohlrad am Außenumfang keine Riffelgeometrie auf, sondern radial nach außen abstehende Vorsprünge 18, die Hintergriffbereiche 19 zum hintergreifenden Eingreifen von Gehäusematerialüberständen 20 aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Riffelgeometrie
- 3
- Hohlrad
- 4
- Werkzeug / Kern
- 5
- Absatz / Schulter des kernartigen Werkzeugs
- 6
- erste Axialfläche des kernartigen Werkzeugs
- 7
- erste Axialfläche des Hohlrads
- 8
- Überstand
- 9
- Axialfläche des Gehäuses
- 10
- zweite Axialfläche des Hohlrades
- 11
- zweite Axialfläche des kernartigen Werkzeugs
- 12
- Schulter des Gehäuses
- 13
- Außenverzahnung
- 14
- Innenverzahnung
- 15
- Zentrierdurchmesser
- 16
- Kopfkreisdurchmesser
- 17
- Werkzeug / Schieber
- 18
- Vorsprung
- 19
- Hintergriffbereich
- 20
- Gehäusematerialüberstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012006745 U1 [0002]
- DE 102012202460 A1 [0003]