Neues Konzept der Differenzialgestaltung – Herstellungskosten mit Kegelraddifferenzialen vergleichbar

Weniger Gewicht und einfachere Montage

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Die gängigen Kegelraddifferenziale sind den gestiegenen Anforderungen der Automobilbranche an den Leichtbau nicht mehr gewachsen: Ohne Stabilitätsverluste lässt sich die Wandung nicht weiter ausdünnen. Vor allem das Gussgehäuse, das kaum zur Funktion des Differenzials beiträgt, steht im Widerspruch zum modernen Effizienzgebot. Bei einem Automobilzulieferer wurde daher das grundlegende Differenzialdesign überdacht und eine neues Differenzialkonzept ohne Korb entwickelt.

Die Autorin Christine Gaßel ist als freie Fachjournalistin in München tätig

Das NT Lightdiff von Neumayer Tekfor ist dadurch rund 25 % leichter und 10 % schmaler als ein konventionelles Kegelraddifferenzial. Gleichzeitig konnte hierdurch der Montageprozess so vereinfacht werden, dass er nun besser in die automatisierte Fertigung eingebunden werden kann. Durch eine gezielte Abstimmung der Herstellprozesse aufeinander und den gestiegenen Integrationsgrad der einzelnen Bauteile liegen die Herstellungskosten auf dem Niveau herkömmlicher Differenziale.
Basis der Neuentwicklung ist ein sternförmiger Kegelradträger, der den bekannten Königspin ersetzt. Die vier in der Ringgear-Ebene liegenden Ausläufer dienen zur Übertragung des Drehmoments. Auf zwei dieser Arme werden die Ausgleichskegelräder montiert, bei höheren Drehmomenten könnten aber auch vier Ausgleichskegelräder eingesetzt werden.
Während diese kleinen Bauteile beim NT Lightdiff noch geringfügig schwerer sind als die gewohnten Komponenten, schlägt der Vergleich bei der Baugruppe um: Bei einem Differenzial für die mittlere Fahrzeugklasse liegt das Gewicht bei etwa 6500 g, die Leichtbauvariante ohne Gehäuse dagegen nur bei 4800 g. Durch den Entfall des Korbes lässt sich das Differenzial zudem schmaler gestalten. Mithilfe eines entsprechenden Designs der Antriebskegelräder können darüber hinaus die Steckwellen, die die Drehmomentübertragung zu den Seitenwellen realisieren, kürzer realisiert werden oder gänzlich entfallen.
Insgesamt fällt diese Bauform etwa 25 % leichter aus als ein konventionelles Kegelraddifferenzial. Das Trägheitsmoment reduziert sich in der mittleren Leistungsklasse sogar um bis zu 50 %. Diese Veränderung schlägt sich direkt auf den Energieverbrauch des Fahrzeugs nieder. Zusätzlich nimmt das NT Lightdiff etwa 10 % weniger Bauraum ein, der bei der Fahrzeugplanung beispielsweise für weitere Gangräder, Schwungrad oder Kupplungen genutzt werden könnte. Diese größere Designfreiheit kann besonders bei Hybridfahrzeugen Vorteile bieten.
Deutliche Aufwandseinsparung bei der Bauteil- und Endmontage
Um die nötige Betriebsfestigkeit für den zentralen Kegelradträger zu gewährleisten, wurde ein entsprechender Kaltumformprozess entwickelt. Anders als beim Differenzialkorb aus Grauguss entsteht hier direkt eine Komponente mit ununterbrochenem Faserverlauf, die durch die Kaltverfestigung besonders belastbar und langlebig ist und somit eine wesentlich höhere Leistungsdichte aufweist. Zudem ist die spanende Bearbeitung des Kegelradträgers auf ein Minimum reduziert, während der Differenzialkorb im Inneren aufwendig bearbeitet werden muss. Des Weiteren müssen bei dieser Bauform die Kegelräder nicht manuell in das enge Gehäuse eingepasst werden, sondern lassen sich in einem automatisierten Prozess montieren.
Beim Zusammenbau des Getriebes kann das Getriebeöl bereits frühzeitig eingefüllt werden, da das NT Lightdiff mit dem Getriebegehäuse nach außen dicht abschließt. Viele Kegelraddifferenzial-Modelle bleiben dagegen offen, bis die Seitenwellen in der Endmontage angesteckt werden, weshalb erst dann das Öl appliziert werden darf. Damit lassen sich durch die Überarbeitung des Differenzialdesigns auch im Bereich der Fahrzeugfertigung Zeit und Kosten einsparen.
Die bislang entwickelte erste Variante des Leichtbaudifferenzials wurde von Neumayer Tekfor auf das Frontquergetriebe eines Fahrzeugs der Kompaktklasse ausgelegt und durchlief bereits diverse Komponenten- und Baugruppenprüfungen, darunter Lebensdauer-, „High torque, low speed“- und „µ-split“- Tests. Auch wurden schon Fahrten in einem Versuchsfahrzeug unternommen. Dabei zeigten sich weder Funktionseinschränkungen noch unerwünschte Geräuschentwicklungen (NVH). Ebenso lag die Deformation des Ringgear unter Last innerhalb der Spezifikationsgrenzen.
Ein nächstes Ziel der Entwickler ist nun die Anpassung des NT Lightdiff an Elektrofahrzeuge, wofür die Dimensionen und die Verzahnung überarbeitet werden müssen. Zudem soll vor dem Hintergrund der wachsenden Nachfrage nach Fahrzeugen mit hohen Drehmomenten eine Variante für die nächst höhere Fahrzeugklasse erstellt werden.
Neumayer Tekfor, Tel.: 07831 808-0, E-Mail: info@neumayer-tekfor.com

Globaler Partner der Automobilindustrie
Die Neumayer Tekfor Group ist ein globaler Partner der Automobilindustrie. Sie ist führend in der Konzeption, Entwicklung und Produktion von zukunftsweisenden Lösungen für Getriebe, Motor, Antriebstrang, spezielle Applikationen sowie Sicherheitsmuttern. Ihre Kompetenz reicht dabei von Rohteilen der Umformtechnik über teilbearbeitete Teile und einbaufertige Komponenten bis hin zu kompletten Baugruppen. Neumayer Tekfor unterhält Werke in Italien, Brasilien, Mexiko, den USA und Indien. Die weltweit 3300 Mitarbeiter erzielen mehr als 500 Mio. € Umsatz pro Jahr.
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