DE102008059264A1

DE102008059264A1 - Hartverlötete Anordnung für Drehmomentwandlerpumpennabe und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102008059264A1
Application number: DE102008059264A
Authority: DE
Inventors: Gregory Wooster Heeke; Bhaskar Dr. Copley Marathe; Bruno MÜLLER
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US20090155078A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein rationelleres und preisgünstigeres Verfahren zum Verbinden von Pumpenschaufeln und einer Pumpennabe mit einem Pumpenrad eines Drehmomentwandlers, mit den folgenden Schritten: anfängliches Montieren der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe, so dass sie nahe an das Pumpenrad angrenzen; und gleichzeitiges Verbinden der Pumpennabe und der Pumpenschaufeln mit dem Pumpenrad, wobei auch die Gafahr von Oberflächenschäden durch mehrfache Aufheizschritte beseitigt wird. Die Erfindung bezieht sich auf die rationelleren Fertigungsverfahren, aber auch auf die hartgelöteten/geschweißten Anordnungen und auf Drehmomentwandler, welche diese Anordnungen aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf wirksamere und daher wirtschaftliche Verfahren zur Herstellung von Drehmomentwandlern für Kraftfahrzeuge, welche bei der Herstellung von Komponenten eine Vielzahl von Arbeitsgängen, die Hartlöten und Schweissen beinhalten, beseitigen.
Hintergrund der Erfindung
Drehmomentwandler sind zwischen dem Motor und dem Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Sie sind zur Steuerung der Herstellung und Unterbrechung der Kraftübertragung vom Motor zum Rest des Antriebsstranges bedeutsam. Zusätzlich liefern sie eine Drehmomentverstärkung, dämpfen Motorvibrationen und stellen ein ruckfreies Anfahren und ruckfreie Gangwechsel sicher.
Eine übliche Drehmomentwandleranordnung weist als Hauptbauteile einen Impeller oder eine Pumpe, eine Turbine, und ein zwischen der Turbine und der Pumpe angeordnetes Leitrad auf. Die Turbine und die Pumpe sind in gegenüberliegenden Rädern untergebracht und drehen sich mit diesen. Die Drehmomentwandlerpumpe ist mit dem Motor verbunden und wenn sich die Pumpe dreht, dann wird Energie an die Turbine dadurch übertragen, dass Fluid gegen die Turbinenschaufeln gedrückt wird und diese zum Drehen bringt. Die Turbine, die mit dem Getriebe verbunden ist, überträgt Drehmoment auf die Fahrzeugräder. Die Drehmomentwandlerpumpe dreht auch die Getriebeölpumpe. Das Leitrad, welches zwischen der Turbine und der Pumpe angeordnet ist, dient zur Umlenkung der Fluidströmung und ermöglicht es der Pumpe, sich mit weniger Drehmoment zu drehen, um eine Drehmomentverstärkung zur Verfügung zu stellen.
Bei der Montage von Drehmomentwandlern war es üblich, die in Vorrichtungen gehaltenen Pumpenschaufeln an der Pumpe durch ein Hartlötverfahren in einem Ofen zu befestigen. Nach dem Hartverlöten der Pumpenschaufeln an dem Pumpenrad wurde die Pumpennabe an der beschaufelten Pumpenradbaugruppe in einem zweiten Arbeitsschritt durch MIG-Schweissen (Metall Inert Gas) befestigt. Dieses zweite Schweissverfahren erfordert jedoch den zusätzlichen Arbeitsschritt, zuerst die Nabe und das Pumpenrad in einer Bauvorrichtung zu befestigen, und danach zu verschweissen. Aber zusätzlich zu dem zusätzlichen Schritt des Festlegens in einer Vorrichtung war es ersichtlich, dass das MIG-Schweissverfahren eine grosse mit Hitze beaufschlagte Zone erzeugt, was Spannungskonzentrationen in dem Pumpenrad und in der Nabe erzeugen kann, die zu Brüchen führen können.
Folglich gibt es ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren, das eine kostengünstigere integrierte Montage ermöglicht, wobei die Pumpenschaufeln und die Pumpennabe eines Drehmomentwandlers gleichzeitig an der Pumpe befestigt werden und dadurch viele unabhängige Arbeitsschritte und die Gefahr von Oberflächenschäden an dem Pumpenrad und an der Nabe verringert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, ein wirksameres und kostengünstigeres Verfahren zur Verfügung zu stellen, um Pumpenschaufeln und eine Pumpennabe mit dem Pumpenrad eines Drehmomentwandlers in folgenden Schritten zu verbinden: anfängliches Montieren der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe nahe an das Pumpenrad angrenzend, und Verbinden der Pumpennabe und der Pumpenschaufeln mit dem Pumpenrad, wobei auch die Gefahr von Oberflächenschäden durch mehrfache Aufheizschritte beseitigt wird.
Demgemäss beseitigt das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wirksam das Erfordernis eines zweiten Verbindungsschritts, wie z. B. durch MIG-Schweissen (Metall Inert Gas). Das heisst, das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung beseitigt den Schweissarbeitsgang, welcher derzeit erforderlich ist um die Pumpennabe mit dem Pumpenrad zu verbinden und beseitigt daher auch die Aufgabe, die Nabe und das Pumpenrad wieder in einer Bauvorrichtung aufzunehmen und danach den zweiten Schweissarbeitsgang auszuführen.
Verfahren gemäss der Erfindung stellen auch einen Schritt zum Anbringen und Positionieren der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe an dem Pumpenrad durch Bauvorrichtungsmittel, wie z. B. die geeignete Bauvorrichtung zur Verfügung, die im Folgenden genauer beschrieben wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, wobei der Schritt zum gleichzeitigen Verbinden der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe mit dem Pumpenrad durch Schweissen und Hartlöten erfolgt.
Als Hartlöten wird allgemein ein Verfahren bezeichnet, wobei Teile des Drehmomentwandlers, z. B. die Pumpennabe, die Schaufeln und das Pumpenrad durch Aufheizen bis zum Schmelzpunkt des verwendeten Hartlots (Paste) zusammengefügt werden. Dies ermöglicht es dem geschmolzenen Hartlot, durch die Kapillarkräfte in die Passflächen der Fügestelle zu fliessen. Dies erfolgt üblicherweise in einem Ofen, d. h. in einem Lötofen. Üblicherweise schmilzt der Metall-Grundwerkstoff nicht, er kann aber eine Legierung mit dem geschmolzenen Hartlot bilden. Schweissen bildet andererseits eine metallurgische Verbindung, sehr ähnlich wie das Hartlöten, jedoch fliessen bei Schweissverfahren die Zugabemetalle allgemein bei wesentlich höheren Temperaturen als die Hartlote beim Hartlöten, jedoch am Schmelzpunkt oder gerade unterhalb des Schmelzpunkts der zu fügenden Metall-Grundwerkstoffe.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, Fügestellen mit einer zweckmässigen Auslegung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, eine grössere Festigkeit als der Grundwerkstoff zur Verfügung zu stellen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, zuverlässigere Drehmomentwandler zur Verfügung zu stellen, die Pumpenschaufeln, Pumpennaben und Pumpenradbaugruppen aufweisen, die gemäss den vorgenannten Verfahren hartverlötet sind.
Diese oder andere Eigenschaften und Vorzüge werden beim Lesen der nun folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Art und Betriebsweise der Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die beigefügte Zeichnungsfigur beschrieben, darin zeigt:
1 eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die in einer geeigneten Bauvorrichtung zum Hartlöten angebracht ist, wobei die Pumpenschaufeln und die Pumpennabe, welche eine überlappende Dichtungsanordnung aufweisen, mit dem Pumpenrad durch einen einzelnen Hartlötvorgang verbunden sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In 1 der Zeichnung wird eine Pumpenradanordnung 10 gezeigt, welche in einer Lötvorrichtung oder Bauvorrichtung 12 angebracht ist, die zum Halten des Pumpenrades 14, sowie einer Mehrzahl von Pumpenschaufeln 16 und einer mit einem Flansch versehene Pumpennabe 18 zum Hartverlöten in einem einzigen Arbeitsgang eingerichtet ist. Die Haltevorrichtung oder Bauvorrichtung hat zwei Aufgaben: erstens, das Werkstück anzuheben, so dass die Pumpennabe nach unten ragen kann, ohne das Förderband des Ofens während des Hartlötvorgangs zu berühren, und zweitens, die Nabe in dem Pumpenrad zu zentrieren.
Die Anordnung ist dadurch zum Löten vorbereitet, dass die Pumpenschaufeln 16, die mit Klappen (nicht gezeigt) ausgeführt sind, anfangs auf die Aussenkante gelegt werden, so dass sie in Vertiefungen 17 passen, die in der Innenwand des Pumpenrades 14 eingearbeitet sind. Zusätzlich weisen die Pumpenschaufeln 16 Klappen an der Innenkante auf, die in Schlitze (nicht gezeigt) im Innenring 19 des Pumpenrades passen. Nach dem Positionieren der Schaufeln in den Vertiefungen 17 des Pumpenrades und in den Schlitzen des Innenringes werden die Klappen, die sich durch den Innenring erstrecken, gebogen, und verriegeln die Schaufeln ortsfest. Eine Paste, wie z. B. eine Kupferlötpaste für Öfen, die im Handel unter dem Markennamen Cubond^® von SCM Metal Products, Inc., N. Carolina erhältlich ist, wird dann dort angebracht, wo jede Schaufel den Innendurchmesser des Pumpenrades und den Aussendurchmesser des Innenringes berührt. Die Paste wird in kleinen Mengen an jeder der Klappen unter Verwendung einer im Handel verfügbaren Abgabepistole, welche eine Mehrzahl von Spitzen aufweist, einfach angebracht, wobei das Pumpenrad gedreht wird und kleine Mengen von Paste auf den Klappenbereichen 20 aufgebracht werden, wo die Klappenvertiefungen 17 angeordnet sind, und genauso am Aussendurchmesser der Schaufeln, wo die Klappen in die Schlitze im Innenring 19 eingreifen.
Vor dem Hartverlöten der Anordnung wird die Pumpennabe 18, die einen Flansch 22 aufweist, mit einer Schichtlötpaste 24 beschichtet, die auf die Aussenkante des Flansches aufgetragen wird, bevor die Nabe in die zentrale Öffnung des Pumpenrades eingelegt wird um darin einzugreifen. Nach dem Einlegen wird ein Gewicht 26 über die Innenkante der Pumpennabe 18 gelegt, welches die Nabe während des Hartlötens in einer zusammengedrückten Anordnung mit dem Pumpenrad hält.
Die Anordnung, welche in die Bauvorrichtung 12 eingelegt ist, wird dann in einen üblichen Hartlötofen mit Förderband (nicht gezeigt) eingebracht, wo sie während des Aufheizvorganges des Ofens verbleibt. Dies bringt das Bindemittel in der Lötpaste zum Verdampfen, das Hartlot schmilzt daraufhin und füllt die Fügestelle und verfestigt sich dann, wenn der Ofen abkühlt, um eine stabile Anordnung aus mehreren Komponenten ohne Leckagen in einem einzigen Schweiss-/Löt-Arbeitsgang zu bilden.
Nachdem die Anordnung den Ofen verlässt und genügend Zeit zum Kühlen hat, wird die Anordnung aus der Bauvorrichtung entfernt. Die Hartverlötung der Nabe wird inspiziert und die Bauvorrichtung wird wieder für eine andere Anordnung verwendet. Die Nabe wird dann spanend bearbeitet um die erforderlichen Abmessungen und die Oberflächengüte und -Härte zu erreichen. Das Verfahren ergibt eine starke und wirtschaftliche Verbindung zwischen der Nabe und dem Pumpenrad.
Die Erfindung des gleichzeitigen Verwendens von Ofen-Hartlötverfahren zum Beseitigen von Arbeitsgängen bei der Montage der Pumpe erzeugt auch Fügestellen mit einer höheren Festigkeit in den überlappenden Bereichen. Das heisst, wenn die Fügestelle gemäss der vorliegenden Erfindung richtig ausgelegt ist, dann hat sie eine höhere Festigkeit als der Grundwerkstoff. In dieser Beziehung kann gemäss 1 um die richtige Länge der Überlappung X zwischen zwei überlappenden Oberflächen zu berechnen, in diesem Fall die Flanschverbindung der Pumpennabe X und des Pumpenrades, zum Erreichen einer höheren Festigkeit der Verbindung die folgende Formel angewendet werden: X = TWCL wobei (T) die Zugfestigkeit des schwächsten Bauteils, meist der Pumpennabe ist, und (X) die Länge der Überlappung ist, und (W) die Dicke des Metall-Grundwerkstoffs ist. (C) ist der Festigkeitsfaktor der Fügestelle von 0,8 und (L) ist die lineare Schubfestigkeit des verarbeiteten Hartlots gemäss der Erfindung. Damit liefert (X) einen Fachmann die Länge der gewünschten Überlappung um die Festigkeit der Verbindung zu optimieren.

Claims

Verfahren zum Verbinden von Pumpenschaufeln und einer Pumpennabe mit einem Pumpenrad eines Drehmomentwandlers, welches die folgenden Montageschritte aufweist: Positionieren der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe, so dass sie an das Pumpenrad angrenzen; und gleichzeitiges Verbinden der Pumpennabe und der Pumpenschaufeln mit dem Pumpenrad, wobei das Verfahren die Notwendigkeit eines zweiten Verbindungsschritts beseitigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Arbeitsgang zum Positionieren der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe an das Pumpenrad angrenzend mit Hilfe von Bauvorrichtungsmitteln ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei diese Bauvorrichtungsmittel eine Haltevorrichtung aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Arbeitsgang zum gleichzeitigen Verbinden der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe mit dem Pumpenrad durch Schweissen oder Löten ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Arbeitsgang zum gleichzeitigen Verbinden der Pumpenschaufeln und der Pumpennabe mit dem Pumpenrad durch Hartverlöten ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Arbeitsgang des Hartverlötens in einem Ofen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine überlappende Fügestelle durch die Arbeitsgänge des Zusammenbauens und des Verbindens der Pumpennabe mit dem Pumpenrad gebildet wird.