CN103104627A - 轴和轮毂构件之间的连接以及制备该连接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将轮毂构件、特别是将小齿轮连接到轴的方法。所述轮毂构件和所述轴由不同的材料，即陶瓷和金属制成。金属的连接部件既连接到所述轮毂构件又连接到所述轴。根据本发明，提供的是所述轮毂构件和所述轴通过材料粘接连接到所述连接部件。本发明进一步提供了轴与轮毂构件之间的连接以及制备该连接的方法。

Description

轴和轮毂构件之间的连接以及制备该连接的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的将轮毂构件、特别是小齿轮连接到轴的方法，并且涉及根据独立权利要求6的前序部分所述的轴和轮毂构件之间的连接（connection）。本发明还涉及具有轴和连接到所述轴的小齿轮的电动微型驱动器。

背景技术

根据现有技术，将单独生产的轮毂构件（如大齿轮、小齿轮等）连接到轴的各种方法是公知的。特别地在电动机结构中，在许多情况下，将用于例如驱动齿轮所必要的电动机轴的小齿轮完整地连接到所述轴是不可能的或者是不合适的。在一些情况下，例如由于组装的原因，在整个电动机构件组完成之前，小齿轮不能被连接到从电动机外壳突出的电动机轴。此外，电动机通常不会预制有小齿轮，而是根据客户需求装配不同的小齿轮。因此小齿轮或者其他轮毂构件一般制造有放置在电动机轴上的用于装配的轮毂镗孔，并且小齿轮或者轮毂构件经由过盈配合或者其它的接合工序而连接到所述轴。

如果所述轮毂构件和所述轴必须满足不同的需求并且因此由不同的材料适当地制成，那么所述小齿轮或者所述轮毂构件的单独的制造和随后连接至所述轴也能够是适合的。

例如从DE 19964105 C1已知了通用类型的方法或连接。轮毂和轴能够由不同的材料，即钢和陶瓷制成，并且使用卷曲套筒或者套圈而相互连接。所述套圈布置在所述轴与轮毂之间，使得所述轴与所述套圈之间、所述套圈与轮毂之间均存在过盈配合。为了紧固连接，与所述轴接触的套圈的内护套以及与轮毂接触的套圈的外护套设置有增加摩擦系数的涂层。

DE 19964105 C1中的公知的连接的缺陷在于：即使使用了具有增加摩擦系数的涂层的套圈，过盈配合不能在所述轴与轮毂之间产生绝对紧固的连接。在周向上作用在所述轴或者轮毂上的强大的力因此能够导致轮毂或者所述小齿轮相对所述轴的扭曲。此外，整个方法，特别是具有增加摩擦系数的物质的套圈的涂层既复杂又昂贵。如果陶瓷小齿轮被连接到金属轴，因为所述采用的构件，特别是所述陶瓷小齿轮有时是极其细工的设计，当使用过盈配合时会在微型电动机和微电机中传递的力快速达到它们的极限，而因此当制备压力接合时存在所述小齿轮裂开的风险。

从DE 3711489 A1已知了用于将金属轮毂固定到由陶瓷材料制成的轴上的布置。同样地在此处，套筒布置在所述轴与所述轮毂之间，所述套筒分别地既连接到所述轴又连接到所述轮毂。所述套筒与所述陶瓷轴钎焊，而所述轮毂与所述套筒之间存在轴向夹紧配合。因此，所述套筒的设计是相对复杂的，并且所述套筒包括用于所述轮毂构件的轴向挡块和松紧螺钉能够旋入以便夹紧所述轮毂构件的螺纹。在所述轮毂与所述套筒之间，除了存在轴向过盈配合还可以存在紧密配合。

DE 3711489 A1中所描述的夹紧配合或紧密配合包含上述的缺陷。为了生产出形状配合，所述套筒与所述轮毂构件的几何形状设计一定是非常复杂的。

因此本发明的目的是进一步改进该通用类型的方法，从而分别在所述小齿轮与所述轴之间或者在所述轮毂构件与所述轴之间确保紧固连接。而且该方法应当是便宜的并且易于执行。

发明内容

该目的通过独立权利要求1的特征实现。因此，如果所述轮毂构件和所述轴通过材料粘接（material bond）连接到由金属制成的连接部件，则获得了对于上述问题的创造性的解决方案。

借此，实现了所述轴与所述轮毂构件之间的绝对的紧固连接。而且该方法是非常便宜的并且易于执行。不使用特别的复杂的用于形状配合连接的几何形状设计就能够做到。该方法适用于将陶瓷轮毂构件（如小齿轮）连接到金属轴，也适用于将金属轮毂构件连接到陶瓷轴。

根据本发明的该方法的有利实施例是附属权利要求的主题。

如果由陶瓷制成的构件钎焊到连接部件，通过材料粘接能够在陶瓷构件与金属连接部件之间实现非常良好的连接。此外钎焊（soldering）是容易的和可重复的，能够在例如钎焊炉中完成。

已经证明将由金属制成的构件焊接到连接部件是特别有利的。借助激光焊接能够特别快速地、容易地和便宜地完成焊接（welding）。激光焊接中的低生热进一步地防止了先前钎焊的构件的焊缝由于焊料熔化而打开。然而，该风险存在于大多数其它的焊接方法。为了进一步减少钎焊接合点打开的风险，通过点焊来焊接是有利的。

在本发明的特别优选的实施例中，连接部件首先连接到所述轮毂构件并且然后连接到所述轴。这样的优点在于：由所述轮毂构件和连接部件构成的完整的单元在最终连接之前能够精确地通过所述轴定位，并且特别地在周向方向上定向。

本发明进一步提供了轴与轮毂构件之间的连接，该连接根据该创造性的方法而制备。

在本发明的特别优选的实施例中，在所述轴与所述轮毂构件之间的连接部件是套筒，该套筒径向地布置在所述轴与所述轮毂构件之间。所述套筒保证了在所述轴与所述轮毂构件之间的最佳的连接。所述套筒能够简单地滑动到所述轴上或者插入所述轮毂构件的轮毂镗孔中。

如果所述套筒由钢制成，借助钎焊实现了所述套筒与由陶瓷制成的构件之间的最佳材料连接，或者借助焊接实现了所述套筒与由金属制成的构件之间的最佳材料连接。

在本发明的特别优选的实施例中，所述轮毂构件由陶瓷制成，而所述轴由钢制成。以这种方法，使用常规的钢轴时，能够采用陶瓷小齿轮。陶瓷小齿轮提供良好的滑动性能、相对于金属小齿轮更少的磨损、更长的使用期限以及电绝缘和热绝缘的优点。使用陶瓷的优点也在于这种材料的生物适合性，这在一些应用中是需要的。

已经证明由氧化锆制成所述轮毂构件是特别有利的。氧化锆能够与金属材料特别好地钎焊。

根据本发明的方法和根据本发明的轴与小齿轮之间的连接特别适用于电动微型驱动器。这些仅包括电动机以及由微型电动机和传动件构成的驱动单元。在后一情况中，本发明既能够用于将齿轮的输出轴与输出小齿轮连接，也能够用于将电动机轴与电动机小齿轮连接。

附图说明

在下文中将结合附图对本发明的一个实施例进行更加详细的描述。

在附图中：

图1示出了陶瓷小齿轮的斜视图；

图2示出了根据本发明的方法的第一程序步骤，其中中空的柱形套筒插入根据图1的陶瓷小齿轮中；

图3示出了具有插入的并且已经钎焊的钢套筒的图1和图2的陶瓷小齿轮；

图4示出了根据本发明的方法的进一步的程序步骤，其中图3的预先制造的小齿轮放置在钢轴上；

图5示出了进一步的程序步骤，其中所述预先制造的小齿轮的钢套筒与钢轴焊接；以及

图6示出了最终连接到钢轴的小齿轮。

具体实施方式

在下面的描述中，相同的零件具有相同的附图标记。如果附图包含没有在附图的附属描述中解释的附图标记，则参照附图中的在先描述。

本发明允许将陶瓷小齿轮连接到常规的钢轴。电动机小齿轮中陶瓷材料的使用提供了良好的滑动性能、相对于金属小齿轮的更少的磨损、更长的使用期限以及电绝缘和热绝缘的优点。此外，本发明提供了小齿轮与轴之间紧固连接的优点。

在图1中示出了所述陶瓷小齿轮。小齿轮1在斜视图中示出并且包括齿圈4和其内柱形表面区域被标注有附图标记5的中央孔。陶瓷小齿轮1的轴线进一步标注有附图标记2。

为了使陶瓷小齿轮能够与金属轴（特别是钢轴）连接，在根据本发明的方法的第一程序步骤中，首先将中空的柱形钢套筒6插入到小齿轮的中央孔中。在图2中表示了该程序步骤。中空的柱形套筒6包括外表面区域7和内表面区域8。外表面区域7的直径被定尺寸为使得中空的柱形套筒6能够有间隙地插入陶瓷小齿轮1的中央孔中。优选地，中空的柱形套筒6的长度相当于陶瓷小齿轮1的轴向长度。

在图3中，示出了具有完全插入的中空的柱形钢套筒6的陶瓷小齿轮。中空的柱形套筒6钎焊到陶瓷小齿轮，使得连接焊料层9形成在中空的柱形套筒6的外表面区域7与陶瓷小齿轮1的中央孔的内柱形表面区域5之间。两个构件的钎焊工序能够例如在炉子中完成。正如常规的金属小齿轮或者钢小齿轮那样，以该方式预先制造的具有插入和钎焊的钢套筒6的小齿轮现在能够被放置到同样由金属或钢制成的轴3上并且连接到轴3。该工序在图4中示出。通过插入和钎焊中空的柱形套筒6的小齿轮的预先制造具有的优点在于：预先制造的小齿轮现在能够在轴3上精确地定位和定向。

在下一个程序步骤中，小齿轮1或者钎焊到小齿轮的套筒6与钢轴3相互焊接。焊接是借助激光焊接工序完成。为此，未进一步详细示出的激光焊接装置的激光束10指向在柱形轴3与小齿轮1的套筒6的端面之间的连接接合点。焊接能够通过点焊完成，使得形成图6中的周向分布和表示的焊接点11。作为一种可选方案，能够通过激光10在周向上制备连续的焊接缝。如所要求的，小齿轮也能够在未示出的后侧上熔接到柱形轴3。

因为相对低的热量传递进入套筒，并且因此传递进入套筒与小齿轮之间的接合点9中，所以激光焊接工序特别适用于将中空的柱形套筒6焊接到柱形轴3。与其它的焊接工序相比较，通过激光焊接工序因而能够确保套筒6与小齿轮1之间的接合点9不会被加热到这样的程度：由于焊接工序而使焊料熔化并且接合点打开。通过上述的点焊，接合点被非常温和地加热。中空的柱形套筒6的内表面区域8的直径和柱形轴3的直径能够协调为使得在两个构件之间存在间隙配合或者过盈配合。通过过盈配合，能够支撑通过焊接产生的小齿轮与轴之间的连接。由于在这种情况中，该过盈配合仅具有支撑效果，该过盈配合能够设计为使得仅发生小的应力，该小应力不会导致陶瓷小齿轮的破坏。

将要理解的是，小齿轮并非必须如图5和图6所示完全地滑到轴3上。例如，柱形轴3的端面和小齿轮的前端面能够是齐平的。进一步指出的是，仅示出了柱形轴3的前端。

本发明特别适用于小齿轮与电动微型驱动器的电动机或者齿轮轴的连接。

Claims (10)

1.一种用于将轮毂构件、特别是将小齿轮(1)连接到轴(3)的方法，其中所述轮毂构件和所述轴(3)由不同的材料，即陶瓷和金属制成，并且其中金属的连接部件通过材料粘接既连接到所述轮毂构件又连接到所述轴(3)，其特征在于，由金属制成的所述轮毂构件焊接到所述连接部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由陶瓷制成的所述轮毂构件钎焊到所述连接部件。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，焊接是借助激光焊接完成的。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述连接部件首先连接到所述轮毂构件并且然后连接到所述轴(3)。

5.在轴与轮毂构件之间的连接，所述连接根据权利要求1至4中的任一项所述的方法而制备。

6.根据权利要求5所述的连接，其特征在于，所述连接部件是径向地布置在所述轴与所述轮毂构件之间的套筒(6)。

7.根据权利要求6所述的连接，其特征在于，所述套筒(6)由钢制成。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的连接，其特征在于，所述轮毂构件由陶瓷制成而所述轴(3)由钢制成。

9.根据权利要求5至8中的任一项所述的连接，其特征在于，所述轮毂构件由氧化锆制成。

10.电动微型驱动器，其具有轴(3)和连接到所述轴(3)的小齿轮(1)，其特征在于根据权利要求5至9中的任一项所述的在所述轴(3)与所述小齿轮(1)之间的连接。

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