DE102008054473A1

DE102008054473A1 - Anordnung zur Verbindung von zwei ein Drehmoment übertragenden Rotationsbauteilen

Info

Publication number: DE102008054473A1
Application number: DE102008054473A
Authority: DE
Inventors: Walter Weinmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung von zwei ein Drehmoment übertragenden Rotationsbauteilen, einer Welle (1) und einem scheiben- oder topfförmigen Blechteil (2), wobei die Welle (1) einen Verbindungsflansch (3) und das Blechteil (2) eine zentrale Aufnahmeöfffnung (2c) mit einem ringförmigen Befestigungsbereich (2d) aufweisen und wobei der Verbindungsflansch (3) sowie der Befestigungsbereich (2d) durch Umformung miteinander verbunden sind. Es wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsflansch (3) einen Wellenbund (3a) mit einem Hinterschnitt aufweist, dass der Wellenbund (3a) in der Aufnahmeöffnung (2c) angeordnet ist und dass das Blechmaterial des ringförmigen Befestigungsbereiches (2d) durch axiales Stauchen in den Hinterschnitt verdrängt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung von zwei ein Drehmoment übertragenden Rotationsbauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Verbindungen von Rotationsbauteilen sind beispielsweise aus dem Getriebebau, insbesondere Automatgetrieben für Kraftfahrzeuge bekannt. Dabei ist ein erstes Rotationsbauteil, beispielsweise eine Hohlwelle mit einem zweiten Rotationsbauteil, einem scheiben- oder topfförmig ausgebildeten Blechteil verbunden. Bekannt ist, beide Bauteile durch eine Schweißnaht, d. h. stoffschlüssig miteinander zu verbinden, wobei die Schweißnaht in die Fuge zwischen beiden Bauteilen gelegt wird. Da derartige Getriebebauteile mit relativ hoher Drehzahl umlaufen und hohe Anforderungen an die Laufruhe gestellt werden, dürfen keine oder nur sehr geringe Unwuchten auftreten. Dies ist bei den bekannten Schweißverbindungen nicht immer gegeben.
Durch die WO 2006/005128 A1 wurde eine Anordnung zur Verbindung eines topfförmigen Blechteiles, einer Kupplungstrommel, und einem Antriebsflansch bekannt, wobei beide Teile durch Umformung formschlüssig miteinander verbunden sind, sodass ein Drehmoment vom Antriebsflansch auf das topfförmige Bauteil übertragen werden kann. Der Antriebsflansch, welcher auf einer Antriebsnabe angeordnet ist, weist über den Umfang verteilte Öffnungen auf, durch welche das Material der Topfscheibe durchgedrückt und auf der gegenüberliegenden Seite verstemmt wird. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung ohne Verwendung von zusätzlichen Bauteilen wie Verbindungselementen, lediglich durch Materialumformung. Die Zentrierung beider Bauteile für die bekannte Fliehkraftkupplung unterliegt offenbar keinen strengen Anforderungen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art eine weitestgehend unwuchtfreie Verbindung der beiden Rotationsteile mit möglichst geringem Herstellungs- und Kostenaufwand zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Welle einen Verbindungsflansch mit einem Wellenbund aufweist, welcher hinterschnitten ist, d. h. eine leicht konische Außenfläche aufweist. Der hinterschnittene Wellenbund wird in einer Aufnahmeöffnung des Blechteiles aufgenommen, und beide Rotationsteile werden durch axiales Stauchen miteinander verbunden, wodurch sich ein Presssitz zwischen beiden Teilen ausbildet. Möglich ist, dass entweder der Wellenbund der Welle oder der ringförmige Befestigungsbereich des Blechtelles gestaucht werden, sodass das Material durch den Stauchvorgang entweder nach außen oder nach innen fließt. Durch die erfindungsgemäße Stauchverbindung werden beide Rotationsbauteile weitestgehend unwuchtfrei zentriert, sodass ein ruhiger Lauf, insbesondere bei Verwendung als Getriebebauteil gewährleistet ist. Durch den Hinterschnitt, welcher beim Stauchvorgang durch das fließende Material ausgefüllt wird, wird neben einem Kraftschluss zwischen beiden Teilen auch ein Formschluss in axialer Richtung erzielt, d. h. eine axiale Fixierung beider Bauteile.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Wellenbund ein Polygonprofil auf, wodurch ein Formschluss zwischen Welle und Blechteil erreicht wird. Die komplette Verbindung beider Bauteile kann somit durch einen einzigen Arbeitsgang, nämlich das axiale Stauchen erreicht werden, wodurch sich die Herstellung vereinfacht und verbilligt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Hinterschnitt, d. h. die Konizität etwa 3 Grad betragen.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind beide Rotationsbauteile durch Materialdurchstellungen, auch Materialdurchsetzungen genannt, verbunden und damit in der Lage, ein Drehmoment vom einen auf das andere Teil zu übertragen. Die Materialdurchstellungen sind umformtechnische Schritte, bei welchen das Material eines Teiles in axialer Richtung durch geeignete Stempel verdrängt wird und sich dadurch in das Material des anderen Bauteiles „eingräbt”. Dadurch wird ein Formschluss zwischen beiden Teilen hergestellt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Drehmomentübertragung zwischen beiden Bauteilen durch eine Schweißnaht erfolgen, welche radial außerhalb der Fuge zwischen Wellenbund und Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Durch die Verschweißung werden beide Teile stoffschlüssig miteinander verbunden. Da die Schweißnaht nicht in die Fuge gelegt wird, erfolgt kein Mittenversatz beider Bauteile, die Zentrierung durch die Stauchverbindung bleibt erhalten. Aufgrund eines geringen Wärmeintrages bei der Schweißung erfolgt kein Verzug, sodass auch keine zusätzlichen Unwuchten auftreten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt zwischen beiden Rotationsbauteilen ein Formschluss durch durchgestellte Nietzapfen, welche zusätzlich verstemmt werden können. Beispielsweise können die Nietzapfen aus dem Material des Blechteiles ausgeformt und in fluchtende Öffnungen im Verbindungsflansch der Welle durchgestellt werden. Durch diesen Formschluss können relativ hohe Drehmomente übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 eine Verbindung zwischen einer Hohlwelle und einem topfförmgen Blechteil,
2 einen Ausschnitt der Verbindung vor dem Stauchen,
3 den Ausschnitt der Verbindung nach dem Stauchen,
4 eine Ansicht in Axialrichtung,
5 einen Ausschnitt der Verbindung zwischen einem Polygonprofil und dem gestauchten Bereich,
6 eine Ansicht in axialer Richtung mit partiellen Materialdurchsetzungen,
7 einen Ausschnitt der Verbindung mit einer Schweißnaht,
8 einen Ausschnitt der Verbindung mit gestauchtem Wellenbund und
9 einen Ausschnitt der Verbindung mit durchgestellten Nietzapfen.
1 zeigt eine Hohlwelle 1, welche mit einem topfförmigen Blechteil 2, im Folgenden auch kurz Topf 2 genannt, verbunden ist. Die Hohlwelle 1 kann vorzugsweise eine Getriebewelle eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge sein, während der Topf 2 der Aufnahme eines nicht dargestellten Lamellenpaketes oder eines Schaltelementes für das Automatgetriebe dienen kann. Der Topf 2 weist einen etwa zylinderförmigen Bereich, einen Mantel 2a, sowie einen scheibenförmig ausgebildeten Topfboden 2b mit einer zentralen Aufnahmeöffnung 2c auf. Die Hohlwelle 1 weist stirnseitig einen Verbindungsflansch 3 mit einem Wellenbund 3a auf, welcher in der zentralen Aufnahmeöffnung 2c aufgenommen ist. Der Wellenbund 3a ist auf seinem Umfang konisch ausgebildet und weist einen Konizitätswinkel α von vorzugsweise 3 Grad auf, wobei der Durchmesser des Wellenbundes 3a zum Stirnende hin zunimmt. Der Wellenbund 3a weist also einen so genannten Hinterschnitt auf, welcher durch Hinterdrehen hergestellt wird.
2 zeigt einen Ausschnitt der Verbindung gemäß 1 zwischen dem Verbindungsflansch 3 und dem Topfboden 2b, welcher einen inneren ringförmigen Befestigungsbereich 2d aufweist. Der Verbindungsflansch 3 weist einen äußeren Ringflansch 3b auf, an welchem der Topfboden 2b anliegt. 2 zeigt die Verbindung vor dem Stauchen, d. h. zwischen dem Wellenbund 3a und dem ringförmigen Befestigungsbereich 2d befindet sich ein Radialspalt 4.
3 zeigt die Verbindung zwischen Verbindungsflansch 3 und Topfboden 2b nach dem Stauchen. Der ringförmige Befestigungsbereich 2d des Topfbodens 2b (vgl. 2) wurde durch einen Stauchvorgang, ausgeführt in axialer Richtung, angedeutet durch einen Pfeil A in 3, durchgeführt, wodurch sich die axiale Erstreckung des Bereiches 2d (2) in den Bereich 2d' (3) verkürzt hat – gleichzeitig hat sich der Innendurchmesser der zentralen Öffnung 2c verkleinert, sodass der Spalt 4 (2) ausgefüllt wurde. Insbesondere ist der hier nicht dargestellte Hinterschnitt (vgl. 1) durch den Stauchvorgang mit Material des Topfbodens 2b aufgefüllt worden. Daraus ergibt sich ein spaltfreier Sitz, der einerseits eine Zentrierung und andererseits eine axiale Fixierung beider Teile 3, 2 bewirkt.
4 zeigt eine Ansicht in axialer Richtung auf die Hohlwelle 1 mit Verbindungsflansch 3 und den Topfboden 2b. Der Wellenbund 3a ist in der zentralen Öffnung 2c formschlüssig aufgenommen, wie in 5 dargestellt ist.
5 zeigt einen Ausschnitt aus 4 mit einem Verbindungsflansch 3, der ein Polygonprofil 5 aufweist. Der das Polygonprofil 5 umgebende ringförmige Befestigungsbereich 2d ist durch Stauchen formschlüssig mit dem Polygonprofil 5 und damit mit der Hohlwelle 1 (vgl. 1) verbunden. Damit ist diese Verbindung in der Lage, Drehmomente formschlüssig zu übertragen.
6 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie zuvor verwendet werden. Die Figur zeigt eine Ansicht in axialer Richtung auf den Topfboden 2b und den Verbindungsflansch 3 der Hohlwelle 1. Wie in 2 dargestellt, weist der Verbin dungsflansch 3 einen äußeren Ringflansch 3b auf, auf dessen Umfang mehrere Materialdurchsetzungen 6, auch Materialdurchstellungen 6 genannt, angebracht sind. Materialdurchsetzung oder Materialdurchstellung ist ein umformtechnischer Vorgang, bei welchem das Material, hier des Ringflansches 3b, in axialer Richtung in das Material des Topfbodens 2b hineingedrückt wird, sodass ein gewisser Verzahnungseffekt oder Formschluss zwischen beiden Teilen 3b, 2b erreicht wird. Damit ist eine Drehmomentübertragung sichergestellt.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Verbindung zwischen Verbindungsflansch 3 und Topfboden 2b als Ausschnitt dargestellt ist. Der Befestigungsbereich 2d ist durch Stauchung mit dem Wellenbund 3a kraftschlüssig verbunden. Radial außerhalb des Wellenbundes 3a ist eine ringförmig und koaxial verlaufende Schweißnaht 7 angeordnet, welche sich, ausgehend vom Topfboden 2b, in axialer Richtung mit ihrer Schweißnahtwurzel bis in den Ringflansch 3b des Verbindungsflansches 3 erstreckt – somit sind die Teile 3b, 2b stoffschlüssig miteinander verbunden. Die Schweißnaht 7 liegt somit nicht im Bereich der Verbindungsfuge, d. h. des Wellenbundes 3a, sondern außerhalb. Damit wird die Zentrierung beider Teile 1, 2 nicht beeinträchtigt und deren koaxiale Anordnung erhalten; durch die Verschweißung tritt kein Mittenversatz auf. Möglich ist es auch, die Schweißnaht von der andere Seite her, d. h. von Seiten des Ringflansches 3b in Richtung auf den Topfboden 2b zu setzen. Durch die stoffschlüssige Verbindung infolge der Schweißnaht 7 ist eine Drehmomentübertragung gesichert.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer geschweißten Verbindung zwischen Verbindungsflansch 3b und Topfboden 2b, wobei die Schweißnaht die Bezugsziffer 8 trägt. Der Wellenbund 3a, welcher aus dem Material des Verbindungsflansches 3 durchgesetzt ist, wird hier zum Fügen mit dem Topfboden 2b in axialer Richtung gestaucht, sodass sein Durchmesser wächst und eine Pressverbindung mit dem Befestigungsbereich 2d eingeht.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen dem Verbindungsflansch 3 und dem Topfboden 2b, welche – wie oben ausgeführt – zunächst durch Stauchen miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind beide Teile 2b, 3 durch durchgestellte Nietzapfen 9 formschlüssig miteinander verbunden. Der Ringflansch 3b weist auf seinem Umfang verteilt, Öffnungen 3c auf, in welche die Nietzapfen 9 aus dem Material des Topfbodens 2b hineingedrückt werden. Das verdrängte Material hinterlässt auf der Rückseite des Topfbodens 2b eine Einprägung 9a. Zur axialen Fixierung können die stirnseitigen Enden der Nietzapfen 9 mit dem Ringflansch 3b verstemmt oder verprägt werden, was durch die Bezugszahl 9b angedeutet ist. Aufgrund dieses ausgeprägten Formschlusses zwischen den Teilen 2b, 3 können höhere Drehmomente übertragen werden.

1: Hohlwelle
2: Topf
2a: Mantel
2b: Topfboden
2c: zentrale Öffnung
2d: ringförmiger Befestigungsbereich
3: Verbindungsflansch
3a: Wellenbund
3c: Öffnung
4: Radialspalt
5: Polygonprofil
6: Materialdurchsetzung
7: Schweißnaht
8: Schweißnaht
9: Nietzapfen
9a: Einprägung
9b: Verstemmung
α: Konuswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/005128 A1 [0003]

Claims

Anordnung zur Verbindung von zwei ein Drehmoment übertragenden Rotationsbauteilen, einer Welle (1) und einem scheiben- oder topfförmigen Blechteil (2), wobei die Welle (1) einen Verbindungsflansch (3) und das Blechteil (2) eine zentrale Aufnahmeöffnung (2c) mit einem ringförmigen Befestigungsbereich (2d) aufweisen und wobei der Verbindungsflansch (3) sowie der Befestigungsbereich (2d) durch Umformung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsflansch (3) einen Wellenbund (3a) mit einem Hinterschnitt aufweist, dass der Wellenbund (3a) in der Aufnahmeöffnung (2c) angeordnet und dass das Blechmaterial des ringförmigen Befestigungsbereiches (2d) durch axiales Stauchen in den Hinterschnitt verdrängt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschnitt als konische Hinterdrehung ausgebildet ist, welche einen Konuswinkel α von vorzugsweise 3 Grad aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenbund (3a) ein Polygonprofil (5) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Befestigungsbereich (2d) und der Verbindungsflansch (3) durch Materialdurchstellungen (6) verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdurchstellungen (6) partiell angeordnet und über den Umfang verteilt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb der Fuge zwischen Wellenbund (3a) und Aufnahmeöffnung (2c) eine umlaufende Schweißnaht (7, 8) koaxial angeordnet ist, welche beide Rotationsbauteile (1, 2) stoffschlüssig miteinander verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsflansch (3) und der ringförmige Befestigungsbereich (2d) durch durchgestellte Nietzapfen (9) miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietzapfen (9) über den Umfang verteilt angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nietzapfen (9) aus dem Material des Blechteiles (2, 2b) in Öffnungen (3c) des Ringflansches (3b) durchgestellt sind.