DE102010052022A1

DE102010052022A1 - Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung eines Turbinenrades mit einem Eingangsteil einer Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen

Info

Publication number: DE102010052022A1
Application number: DE102010052022A
Authority: DE
Inventors: Stephan Maienschein; Stefan Jung; Bernhard Ziegler; Tobias Schuster
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2011-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung eines Turbinenrades mit einem Eingangsteil einer Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einer Kraftübertragungsvorrichtung über eine Nabe, bei welchem die Nabe und das Eingangsteil nach einer Vorzentrierung über radiale Flächen miteinander verbunden werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe und/oder das Eingangsteil an den zueinander weisenden radialen Fügeflächen mit zumindest einer, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildenden Überdeckung ausgeführt wird und die Vorzentrierung spielfrei während der Positionierung von Eingangsteil und Nabe zueinander unter Ausbildung einer lokalen Pressverbindung durch plastische Verformung der Überdeckung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung eines Turbinenrades mit einem Eingangsteil einer Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einer Kraftübertragungsvorrichtung über eine Nabe, bei welchem die Nabe und das Eingangsteil nach einer über radiale Fügeflächen erfolgten Vorzentrierung und das Turbinenrad miteinander verbunden werden.
Bei Kraftübertragungsvorrichtungen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen als kombinierte Anfahr- und Überbrückungseinheit mit einer, einer hydrodynamischen Komponente und einer schaltbaren Kupplungseinrichtung im Kraftfluss nachgeordneten Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen ist es in Abhängigkeit der Ausführung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen erforderlich, den Ausgang der hydrodynamischen Komponente, insbesondere ein Turbinenrad mit dem Eingangsteil, insbesondere einer Mitnehmerscheibe der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, drehfest zu verbinden. Diese Verbindung wird in der Regel über ein Zwischenelement in Form einer Turbinenradnabe realisiert. Dabei erfolgt die Zentrierung zwischen der Turbine und dem Dämpfereingangsteil entweder erst bei Ausbildung der drehfesten Verbindung oder durch die spielbehaftete Vorzentrierung vor der Erzeugung der im Kraftfluss liegenden drehfesten Verbindung. Die drehfeste Verbindung erfolgt vorzugsweise unlösbar durch Stoff- und/oder Formschluss, insbesondere Verschweißen und/oder Vernieten.
Eine Verbindung eines Eingangsteils der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen mit einer Turbine, bei welcher die Zentrierung durch die eigentliche Befestigung erfolgt, ist in der Druckschrift WO 2007/147464 beschrieben. Das Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen und das Turbinenrad werden auf einer Nabe spielbehaftet vorzentriert und anschließend durch einem kombinierten Schweiß-Nietprozess miteinander einschließlich der Nabe verbunden. Gegenüber diesem auch als Pressnieten bezeichneten Verfahren kann die Position des Eingangsteils der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen zum Turbinenrad nicht ausreichend genau durch die Nietverbindung selbst erzeugt werden. Aufgrund der eingeschränkten Verbindungsfestigkeit bei Versatz der Nietlöcher zueinander ist eine aufwendige Vorzentrierung der Bauteile erforderlich. Zur Einschränkung des Spiels zwischen dem Dämpfereingangsteil und der Nabe muss das Dämpfereingangsteil daher bisher kostenaufwendig am Innendurchmesser bearbeitet werden. Dies verbessert zwar das Spiel, nicht jedoch oder nur bedingt die Positionsgenauigkeit des Innendurchmessers zum Nietlochbild, was zu einer Einschränkung der Festigkeit der Verbindung führen kann.
Eine Verbindung zweier Bauteile mittels eines stoffschlüssig mit einem der zu verbindenden Bauteile verbundenen Verbindungselementes in Form eines Bolzens und dessen plastischer Verformung ist aus der Druckschrift WO 2006/084609 vorbekannt.
Der Nachteil der genannten Ausführungen besteht im Wesentlichen im erhöhten Fertigungs- und/oder Bearbeitungsaufwand für die Fügeflächen. Bei Positionsabweichungen ergeben sich bei stoff- und/oder formschlüssigen Verbindungen ferner Verzüge an den Bauteilen. Auch gestaltet sich die Montage zur Einhaltung der erforderlichen Positionsgenauigkeit sehr aufwendig.
Aus der Druckschrift DE 600 27 651 T1 ist ein Verbindungsverfahren für eine Welle mit einer Nabe vorbekannt, bei welchem die Zentrierung von Welle zu Nabe durch Presspassen mit anschließendem plastischem Verformen erzeugt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung zwischen zwei koaxial zueinander anzuordnenden Bauteilen, insbesondere einer Nabe in Form einer Turbinenradnabe beim Einsatz in Kraftübertragungsvorrichtungen und einem mit der Nabe zu verbindenden Element, insbesondere einem Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen derart weiterzuentwickeln, dass eine spielfreie Zentrierung zwischen Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen und dem Turbinenrad gewährleistet ist und die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der zu fügenden Bauteile sowie der Bearbeitungsaufwand für die Fügeflächen gering gehalten beziehungsweise auf eine aufwendige Nachbearbeitung der Fügeflächen verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung eines Turbinenrades mit einem Eingangsteil einer Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in einer Kraftübertragungsvorrichtung über eine Nabe, bei welchem die Nabe und das Eingangsteil nach einer über radiale Flächen erfolgten Vorzentrierung miteinander verbunden werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe und/oder das Eingangsteil an den zueinander weisenden radialen Fügeflächen mit zumindest einer, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildenden Überdeckung ausgeführt wird und die Vorzentrierung spielfrei während der Positionierung von Eingangsteil und Nabe zueinander unter Ausbildung einer lokalen Pressverbindung durch plastische Verformung der Überdeckung vorgenommen wird.
Die Verbindung von Turbinenrad und Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen und damit der Nabe, insbesondere Turbinenradnabe und des Eingangsteils unter koaxialer Anordnung erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Verfahrensschritten. Der erste Verfahrensschritt besteht in einem Zentrierungsschritt. Die Vorzentrierung wird erfindungsgemäß bei, d. h. während der Ausführung der Positionierung der miteinander zu fügenden Bauteile zueinander durch Erzeugung einer Pressverbindung zwischen den zu verbindenden Bauteilen über radiale Fügeflächen an diesen vorgenommen. Die Positionierung erfolgt durch eine Relativbewegung der zu fügenden Bauteile, die mit einem Pressvorgang einhergeht. Erst nach erfolgter Vorzentrierung erfolgt die eigentliche Verbindung über weitere axial ausgerichtete Fügeflächen, wobei die an diesen erzeugte Verbindung dann direkt im Kraftweg liegt.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine einfache und schnelle Zentrierung der miteinander in radialer Richtung zu koppelnden Bauteile in nur einem Arbeitsgang unter Einstellung einer sehr hohen Positionsgenauigkeit der beiden miteinander zu fügenden Bauteile, wodurch gerade die bei rotierbaren Bauteilen durch die Montage bedingten Unwuchten vermieden werden können und hohe Stückzahlen herstellbar sind. Dabei sind an die Ausführung der Fügeflächen im Fügebereich selbst keine erhöhten Anforderungen gestellt, da die zur Vorzentrierung vorgesehene Verbindung unter plastischer Verformung erstellt wird. Aufgrund der erzielbaren hohen Positionsgenauigkeit von Nabe und Eingangsteil zueinander ist die Verbindung relativ verzugsarm. Die Vorzentrierung erfolgt unter definiert eingesetzten Kräften. Die Zentrierung der Nabe und des mit dieser zu verbindenden Bauteiles erfolgt somit quasi direkt und zwar bei Herstellung der Pressverbindung durch plastische Verformung. Die eigentliche kraftübertragende Verbindung wird später in einem nachfolgenden Verfahrensschritt durch beispielsweise eine formschlüssige Verbindung erzeugt, sodass bei derartigen Bauteilen die Kraftübertragung nicht im radialen Verbindungsbereich liegt. Durch die erfindungsgemäße spielfreie Zentrierung zwischen dem Dämpfereingangsteil und der Nabe vor dem Nietprozess entfällt eine aufwendige Bearbeitung der Fügeflächen an der Nabe und dem Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird das lokale Übermaß der Überdeckung immer derart festgelegt, dass dieses eine vordefinierte Mindestgröße aufweist. Diese Mindestgröße wird als Funktion der Toleranzstreuungen der Durchmesser der Fügeflächen der miteinander zu verbindenden Bauteile derart bestimmt, dass immer eine Presspassung zwischen den Bauteilen erzeugt wird. Dadurch sind die Anforderungen an die radialen Fügeflächen bei der Herstellung der einzelnen Bauteile relativ gering und es kann auf eine aufwendige Oberflächenbearbeitung an diesen verzichtet werden.
Die Anordnung und/oder Geometrie und/oder Dimensionierung der einzelnen, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildenden Überdeckung kann Allgemein als Funktion zumindest einer der nachfolgend genannten Parameter/Größen festgelegt werden:

– die Ausführung und Ausrichtung der Fügeflächen
– Dimensionierung der Fügeflächen im Fügebereich
– Material der miteinander zu verbindenden Bauteile
– Größe der An-/Einpresskraft.

Für die einzelne Überdeckung sind im Axialschnitt durch die Nabe oder den Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen betrachtet die unterschiedlichsten Querschnittsgeometrien, beispielsweise rechteckförmige, trapezförmige, kreissegmentförmige Querschnittsgeometrien denkbar. Entscheidend ist, dass die Überdeckung in axialer Richtung im Axialschnitt betrachtet lokal erfolgt, d. h. im restlichen Bereich des Fügebereichs Raum für das plastische verformte Material vorhanden, um Verformungen an den übrigen Bereichen der Bauteile und einen Spannungseintrag in diese zu vermeiden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung werden die das Übermaß bildenden Überdeckungen an zumindest einem der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile in axialer Richtung der Fügefläche betrachtet lokal vorgesehen, wobei die einzelne Überdeckung entweder durchgängig in Umfangsrichtung um die Fügefläche verläuft oder aber aus einer Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Überdeckungssegmenten gebildet wird. Die erst genannte Möglichkeit erlaubt eine gerichtete Verformung des Materials in definierten Richtungen, insbesondere nur axialer Richtung. Letztere Möglichkeit bietet den Vorteil des Einsatzes erheblich geringerer Fügekräfte.
In Abhängigkeit der Ausführung der Überdeckung sowie deren Verformungsverhalten erfolgt die Anordnung beziehungsweise Ausformung an der Fügefläche. Vorzugsweise wird die einzelne, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildende Überdeckung innerhalb der axialen Erstreckung der jeweiligen Fügefläche angeordnet. Die Anordnung innerhalb des Erstreckungsbereiches und nicht unmittelbar im Anfangs- oder Endbereich bietet den Vorteil, dass das Material bei der Zentrierung zwangsweise beidseitig der Überdeckung im unverformten Zustand betrachtet zwischen den Fügeflächen fließt und der so ausgebildete Verbindungsbereich durch ein größeres Abmaß als das Abmaß der axialen Erstreckung der Überdeckung charakterisiert ist.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der einzelnen, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildenden Überdeckung in axialer Richtung benachbart zumindest eine sich zumindest über einen Teilbereich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung zur Aufnahme plastisch deformierten Materials zugeordnet. Diese Ausführung ist insbesondere für kurze axiale Fügeflächen vorteilhaft. Ferner kann die Ausbildung des Verbindungsbereiches beeinflusst werden.
Zur Minimierung der Position/Koaxialität der miteinander zu verbindenden Bauteile zueinander ist es vorteilhaft, die einzelne, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildende Überdeckung konisch auszuführen.
Um bei der Zentrierung Hebeleffekte und elastische Verformungen an den miteinander zu verbindenden Bauteilen ausnutzen zu können, ist die einzelne, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche des anderen Bauteils bildende Überdeckung mit einer Hinterschneidung ausgeführt.
Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt zur Vorzentrierung bildet die Grundlage für eine positionsgenaue Verbindung von Nabe und Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen. Die Verbindung zwischen Nabe und Eingangsteil an axialen Fügeflächen kann dann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Als Verbindungen können formschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Vernieten, kraftschlüssige Verbindungen oder stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Verschweißen zum Einsatz gelangen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei nicht an eines der Bauteile Nabe oder Eingangsteil gebunden. Grundsätzlich kann das Übermaß an nur einem oder in unterschiedlichen Bereichen der Fügeflächen an jedem der miteinander zu fügenden Bauteile vorgesehen werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden die Überdeckungen jedoch an den Bauteilen größerer Festigkeit ausgebildet beziehungsweise angeformt.
Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen einer Turbinenradnabe und einer Mitnehmerscheibe einer Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen ist durch die Aufteilung der Funktion der eigentlichen Kraftübertragung auf die formschlüssige Verbindung und die eigentliche Zentrierfunktion auf die Verbindung spielfrei in radialer Richtung charakterisiert.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt einer Kraftübertragungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verbindung zwischen zwei Bauteilen;
2 verdeutlicht beispielhaft die grundlegenden Verfahrensschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Signalflußbild;
3a bis 3c verdeutlichen die Verfahrensschritte zur Herstellung einer spielfreien Verbindung gemäß einer ersten Ausführung;
4a bis 4c verdeutlichen die Verfahrensschritte zur Herstellung einer spielfreien Verbindung gemäß einer zweiten Ausführung;
5a bis 5c verdeutlichen die Verfahrensschritte zur Herstellung einer spielfreien Verbindung gemäß einer dritten Ausführung.
Die 1 verdeutlicht in einem Ausschnitt aus einem Axialschnitt einer Kraftübertragungsvorrichtung 1 für den Einsatz insbesondere in Fahrzeugen zwischen einer hier nicht dargestellten Antriebsmaschine und einer, dieser im Kraftfluss nachgeordneten und ebenfalls nicht dargestellten Getriebebaueinheit, die Ausführung einer erfindungsgemäß ausgeführten spielfreien Verbindung 2 zweier koaxial zueinander anzuordnender Bauteile in einem zweistufigen Verfahren durch Zentrierung dieser über radiale Fügeflächen 3, 4 und Herstellung der Verbindung direkt im Kraftweg an axialen Fügeflächen 5, 6. Die erfindungsgemäß ausgeführte spielfreie Verbindung 2 ist hier zur Kopplung einer Vorrichtung 9 zur Dämpfung von Schwingungen mit einer Nabe 7, insbesondere der Turbinenradnabe einer hydrodynamischen Komponente 10, vorgesehen.
Die dargestellte Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst zumindest einen hier nicht dargestellten Eingang und einen, von einer hier nicht eingezeichneten Getriebeeingangswelle gebildeten Ausgang, wobei zwischen diesen im Kraftfluss zumindest ein Anfahrelement in Form der hydrodynamischen Komponente 10 vorgesehen ist und eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente 10 in Form einer hier im Detail nicht wiedergegebenen Kupplungseinrichtung. Dargestellt ist lediglich der Kupplungsausgang 11 in Form eines Lamellenträgers 12. Die hydrodynamische Komponente 10 ist dabei im dargestellten Fall als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ausgebildet.
Die hydrodynamische Komponente 10 umfasst zumindest ein wenigstens mittelbar mit dem Eingang verbundenes Primär- beziehungsweise Pumpenrad und ein mit dem Ausgang wenigstens mittelbar koppelbares Turbinenrad T. Bei Ausbildung als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ist ferner zumindest ein, hier ebenfalls nicht dargestelltes Reaktionsglied in Form eines Leitrades vorgesehen. Derartige Kraftübertragungsvorrichtungen 1 dienen dabei der wahlweisen Kraftübertragung zwischen Eingang und Ausgang in einem ersten hydrodynamischen Leistungszweig über die hydrodynamische Komponente 10 oder einem mechanischen Leistungszweig über die hier nicht dargestellte schaltbare Kupplungseinrichtung oder aber mit Leistungsverzweigung gleichzeitig über beide. Die Kopplung jeweils der hydrodynamischen Komponente 10, insbesondere des Turbinenrades T mit dem Ausgang sowie der schaltbaren Kupplungseinrichtung mit dem Ausgang, erfolgt nicht direkt, sondern vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer im Kraftfluss zwischen Eingang und Ausgang dem Ausgang vorgeordneten Vorrichtung 9 zur Dämpfung von Schwingungen. Diese kann verschiedenartig ausgeführt sein und umfasst zumindest ein Eingangsteil 13 und ein Ausgangsteil 14, welche über einzelne Dämpferstufen, insbesondere Mittel 15 zur Drehmomentübertragung und Mittel 16 zur Dämpfungskopplung, miteinander drehfest und in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar gekoppelt sind, wobei die Funktionen dieser Mittel 15, 16 auch von den gleichen Komponenten übernommen werden können. Eingangsteil 13 und Ausgangsteil 14 bilden zwei Dämpferteile, die über eine oder mehrere Dämpferstufen miteinander gekoppelt sein können. Dabei kann es sich um Parallel- oder Reihendämpfer handeln. Im dargestellten Fall umfasst der Eingangsteil 13 zwei in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnete und drehfest miteinander verbundene Mitnehmerscheiben 13.1 und 13.2, wobei die Mitnehmerscheibe 13.1 drehfest mit dem Turbinenrad T der hydrodynamischen Komponente 10 verbunden ist, während die Mitnehmerscheibe 13.2 drehfest mit dem Kupplungsausgang 11 gekoppelt ist. Das Ausgangsteil 14 der Vorrichtung 9 zur Dämpfung von Schwingungen wird von einem, in axialer Richtung zwischen den Mitnehmerscheiben 13.1, 13.2 angeordneten Dämpferflansch gebildet, welcher mit einer mit dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung 1, insbesondere einer hier nicht dargestellten Getriebeeingangswelle drehfest verbundenen Dämpfernabe 17 verbunden ist.
Die Verbindung zwischen dem Turbinenrad T, insbesondere dem ringscheibenförmigen Verbindungsbereich in Form einer Turbinenradscheibe 18, und dem Eingangsteil 13 in Form der Mitnehmerscheibe 13.1 erfolgt mittels Verbindungselementen 19, insbesondere formschlüssigen Verbindungselementen in Form von Nieten. Diese sind im durch die zueinander weisenden axialen Fügeflächen 5, 6 an Turbinenradnabe 7 und Eingangsteil 13 der Vorrichtung 9 bestimmten Fügebereich angeordnet. Vor Einarbeitung dieser, ist es jedoch erforderlich das Turbinenrad T und das Eingangsteil 13 der Vorrichtung 9 in ihrer Lage zueinander auszurichten und zu zentrieren, wobei diese Zentrierung über die Turbinenradnabe 7 erfolgt. Die Zentrierung erfolgt spielfrei an den in radialer Richtung an einem Außenumfang bildenden Teilbereich der Nabe 7 und einen Innenumfang bildenden Teilbereich des Eingangsteils 13 vorgesehenen radialen Fügeflächen 3, 4 durch Ausbildung zumindest einer lokalen Pressverbindung zwischen diesen.
Die erfindungsgemäß ausgeführte spielfreie Verbindung 2 und deren Herstellung ist für unterschiedliche Ausführungsvarianten zwischen der Nabe 7 und einem scheibenförmigen Bereich 8, insbesondere der Mitnehmerscheibe 13.1 in den nachfolgenden 3 bis 5 wiedergegeben.
Die 2 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer spielfreien Verbindung 2 zwischen der Nabe 7 und dem Eingangsteil 13, insbesondere der Mitnehmerscheibe 13.1 der Vorrichtung 9 zur Dämpfung von Schwingungen. Der erste Verfahrensschritt A beinhaltet die Bereitstellung der Bauteile Nabe 7 und Eingangsteil 13 mit den erforderlichen Fügegeometrien für die Verbindung I zur Vorzentrierung an den radialen Fügeflächen 3, 4 und für die kraftübertragende Verbindung II an den axialen Fügeflächen 5, 6. Die Nabe 7 und/oder das Eingangsteil 13 sind dazu an den zueinander weisenden radialen Fügeflächen 3, 4 mit zumindest einer, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche 4, 3 des anderen Bauteils bildenden Überdeckung 24 ausgeführt. Das Übermaß ist derart gewählt, dass auch unter Berücksichtigung der größtmöglichen Durchmesserstreuungen zwischen Nabe 7 und Eingangsteil 8 immer eine Pressverbindung zwischen diesen gewährleistet wird.
Im Verfahrensschritt B erfolgt die Zentrierung durch Einpressen von Nabe 7 und Eingangsteil 13 durch Relativbewegung dieser in Fügerichtung unter Aufbringung einer Kraft. Diese bewirkt eine plastische Verformung der Überdeckung 24 und Ausbildung einer Pressverbindung in radialer Richtung zwischen Nabe 7 und Eingangsteil 13, insbesondere den an einem Innenumfang bildenden Teilbereich vorgesehenen Fügefläche 4 und an einem Außenumfang bildenden Teilbereich der Nabe 7 vorgesehenen Fügefläche 3. Der Verbindungsbereich, der durch plastische Verformung gegenüber der axialen Erstreckung der Überdeckung 4 vergrößert ist, ist mit 27 bezeichnet.
Der Verfahrensschritt C beinhaltet die Ausbildung der Verbindung II von Nabe 7, Eingangsteil 13 und Turbinenradscheibe 18 durch Formschluss.
Zur Vermeidung von ungünstig hohen Fügekräften sowie unzulässig hohen, in den Bauteilen 5 und 6 verbleibenden Spannungen und den damit verbundenen möglichen Verformungen, werden für die Überdeckung 24 besonders vorteilhafte Geometrien gewählt. Diese sind beispielhaft für die einzelnen Verfahrensschritte A bis C in den 3a bis 3c, 4a bis 4c und 5a bis 5c wiedergegeben.
Die 3a bis 3c verdeutlichen dabei eine Ausführung mit einer kurzen axialen Überdeckung 24. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt in der 3a erfolgt die Bereitstellung der beiden miteinander zu fügenden Bauteile, Nabe 7 und Eingangsteil 13, hier der Mitnehmerscheibe 13.1, wobei letztere nicht dargestellt ist. An der Nabe 7 und dem Eingangsteil 13 sind radiale Fügeflächen 3 und 4 und axiale Fügeflächen 5, 6 ausgebildet. Die Fügefläche 3 an der Nabe 7 ist hier an einem, einen Außenumfang bildenden Teilbereich 20 der Nabe 7 angeordnet, während die Fügefläche 4 des Eingangsteils an einem Innenumfang bildenden Teilbereich dessen vorgesehen ist. Bei der Nabe 7 und der Mitnehmerscheibe 13.1 handelt es sich um bezüglich einer Drehachse R rotierbare Elemente, sodass die Fügeflächen 3, 4 jeweils von entweder einer in radialer Richtung weisenden Ringfläche oder einer Mehrzahl von in axialer Richtung nebeneinander angeordneten und/oder in Umfangsrichtung aneinander gereihten Teilringflächen gebildet werden. Die einzelne Ring- oder Teilringfläche ist vorzugsweise als in Umfangsrichtung verlaufende geschlossene Fläche ausgeführt. Die Zuordnung der Fügeflächen 3, 4 der miteinander zu verbindenden Bauteile 5, 6, insbesondere deren in axialer Richtung erfolgende Überdeckung zueinander, bestimmt den Fügebereich 21 für die durch die Zentrierung ausgebildete Verbindung I. Dabei ist zumindest ein Teilbereich einer der Fügeflächen 3 und/oder 4 derart ausgebildet, dass eine Überdeckung 24 gegenüber der Dimensionierung der anderen Fügefläche 4 und/oder 3 gegeben ist. Im dargestellten Fall ist beispielhaft innerhalb des Fügebereiches 21 an der Nabe 7 ein in radialer Richtung weisender und die Überdeckung 24 bildender Vorsprung 22 vorgesehen, der gegenüber dem Innenumfang des nicht dargestellten Eingangsteils 13 durch eine in radialer Richtung größere Abmessung, hier d_24max, charakterisiert ist, als der im Zusammenwirkungsbereich mit diesem zusammenwirkende Innendurchmesser d_I13.1 am Eingangsteil 13, insbesondere der Mitnehmerscheibe 13.1. Die Erstreckung des Vorsprunges 22 in axialer Richtung, hier mit a bezeichnet, ist dabei geringer als die Erstreckung der Fügeflächen 3, 4 in axialer Richtung. Die benachbart zum Überdeckung 24 bildenden Vorsprung 22 angeordneten Bereiche, sind durch einen Durchmesser charakterisiert, der geringer als d_24max ausgeführt ist, vorzugsweise d_24min des geringsten Durchmesser des Vorsprunges 22 entspricht. Der Vorsprung 22 ist derart ausgeführt, dass dieser plastisch verformbar ist.
Die 3b verdeutlicht den nach der Bereitstellung erfolgenden Vorgang der Zentrierung. In diesem Fall wird der Eingangsteil 13, insbesondere die Mitnehmerscheibe 13.1 in axialer Richtung, d. h. parallel zur Mittenachse, welche mit der Drehachse R gemäß 1 in Einbaulage zusammenfällt, gegenüber der Nabe 7 unter einer entsprechenden Kraft bewegt, wobei aufgrund der die Überdeckung 24 bildende Vorsprung 22 plastisch verformt wird und das Material des Vorsprunges 22 aufgrund der plastischen Verformung mit dem Eingangsteil 13 eine spielfreie Verbindung 2 bildet, insbesondere in Form einer Pressverbindung.
Die 3b verdeutlicht für die Nabe 7 gemäß 3a den Zustand nach dem Fügen mit dem Eingangsteil 13. Erkennbar ist dabei, dass sich der Vorsprung 22 in radialer Richtung und in axialer Richtung verformt hat unter Ausbildung des Verbindungsbereiches.
Die 3c verdeutlicht demgegenüber den Zustand nach Erzeugung der formschlüssigen Verbindung II mittels in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Verbindungselementen 19 zwischen Nabe 7, Eingangsteil 13 und Turbinenradscheibe 18.
Die 4a verdeutlicht eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Ausbildung der Fügefläche 3 an der Nabe 7. Diese ist durch die Ausbildung einer Kammer 23 als zusätzlicher Raum für die Aufnahme plastisch verformten Materials charakterisiert und ist dem die Überdeckung 24 bildenden Vorsprung 22 in axialer Richtung betrachtet vor oder nachgeordnet. Dabei können eine in Umfangsrichtung durchgängige Kammer 23 in Form einer Nut oder eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung über einen Teilbereich des den Außenumfang bildenden Teilbereichs 20 erstreckende einzelne Kammern 23 vorgesehen werden, wobei die Abstände zwischen den einzelnen Kammern 23 variieren oder konstant gehalten werden können. Bezüglich der Querschnittsgeometrie im dargestellten Axialschnitt bestehen keine Restriktionen. Der Querschnittsverlauf kann in Umfangsrichtung konstant oder variabel, d. h. sich ändernd ausgeführt sein. Dies gilt auch für die Ausführung des Querschnittes in axialer Richtung.
Die 4a verdeutlicht ferner eine besonders vorteilhafte Ausführung, bei welcher der Vorsprung 22 zur Minimierung der Position/Koaxialität der Bauteile zueinander eine konusartige Geometrie im Bereich der Kontaktstelle aufweist. Der Vorsprung 22 im Bereitstellungszustand an der Nabe 7 wird somit nicht unter Ausbildung einer ebenen Kontaktfläche, sondern vorzugsweise konisch in Kraftwirkungsrichtung zur Erzeugung der Verbindung ausgeführt. Dabei kann, wie in der 4a dargestellt, der Konus 26 derart ausgeführt sein, dass dieser in Fügerichtung des Eingangsteils 13 sich erweiternd ausgebildet ist, d. h. vom zum Eingangsteil 13 gerichteten Stirnseite der Nabe 7 ausgehend in Richtung Fügefläche 3 als konusartige Erweiterung zur Ausbildung der Überdeckung 24 ausgebildet sein oder aber im Bereich der in radialer Richtung ausgerichteten Fügefläche 3 an beliebiger Stelle angeordnet werden. Auch hier verdeutlicht die 4b wieder den Zustand nach Erzeugung der Verbindung I als Pressverbindung zwischen dem scheibenförmigen Bereich 8 der Mitnehmerscheibe 13.1, insbesondere den Innenumfang bildenden Teilbereich der Mitnehmerscheibe 13.1 in der zentrierten Position. Die 4c verdeutlicht den weiteren Verfahrensschritt C zur Befestigung von Mitnehmerscheibe 13.1 und Turbinenradscheibe 18 mittels Verbindungselementen 19 an der Nabe 7, wobei über diese Verbindung II auch die Kraftübertragung erfolgt.
Demgegenüber zeigt 5a eine Weiterentwicklung gemäß 4a, in welcher die Überdeckung 24 zusätzlich mit Hinterschneidung 25 ausgebildet ist. 5a verdeutlicht dabei eine Kombination der Ausführung gemäß 4a mit Hinterschneidung 25. Es versteht sich, dass das Vorsehen der Hinterschneidung 25 nicht auf diese Ausführung beschränkt ist, sondern diese jeder Ausführung einer Überdeckung 24 zugeordnet sein kann. Dadurch können Hebeleffekte und elastische Verformungen im Bereich der Kontaktstelle bei der Herstellung der Verbindung I ausgenutzt werden. Die 5b und 5c verdeutlichen die Verfahrensschritte B, C in Analogie zu den in den 3ab, 3c und 4b, 4c dargestellten Ausführungen.
Die in den 3 bis 5 dargestellten Ausbildungen für die Geometrie der Vorsprünge ist beispielhaft und ebenfalls beispielhaft an dem Bauteil 5 in Form der Nabe 7 vorgesehen. Denkbar ist es auch, die Vorsprünge und Überdeckungen durch die entsprechende Anformung am Innenumfang des scheibenförmigen Bereiches 8 des Bauteiles 6 vorzusehen. In besonders vorteilhafter Ausführung können auch beide Möglichkeiten miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftübertragungsvorrichtung
2: spielfreie Verbindung
3: Fügefläche
4: Fügefläche
5: Fügefläche
6: Fügefläche
7: Nabe, insbesondere Turbinenradnabe
8: scheibenförmiger Bereich
9: Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
10: hydrodynamische Komponente
11: Kupplungsausgang
12: Lamellenträger
13: Eingangsteil der Vorrichtung 9
13.1: Mitnehmerscheibe
13.2: Mitnehmerscheibe
14: Ausgangsteil der Vorrichtung 9
15: Mittel zur Drehmomentübertragung
16: Mittel zur Dämpfungskopplung
17: Dämpfernabe
18: Turbinenradscheibe
19: Verbindungselemente
20: Außenumfang bildender Teilbereich
21: Fügebereich
22: Vorsprung
23: Ausnehmung, Kammer
24: Überdeckung
25: Hinterschneidung
26: Konus
27: Überdeckung nach Verformung
I: Verbindung durch Zentrierung
II: Verbindung durch Formschluss
a: Abmessung in axialer Richtung
d24min: minimaler Durchmesser der Überdeckung
d24max: maximaler Durchmesser der Überdeckung
dI13.1: Innendurchmesser
T: Turbinenrad
R: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/147464 [0003]
WO 2006/084609 [0004]
DE 60027651 T1 [0006]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer spielfreien Verbindung (2) eines Turbinenrades (T) mit einem Eingangsteil (13) einer Vorrichtung (9) zur Dämpfung von Schwingungen in einer Kraftübertragungsvorrichtung (1) über eine Nabe (7), bei welchem die Nabe (7) und das Eingangsteil (13) nach einer über Fügeflächen (3, 4) erfolgten Vorzentrierung (I) und das Turbinenrad (T) miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (7) und/oder das Eingangsteil (13) an den zueinander weisenden radialen Fügeflächen (3, 4) mit zumindest einer, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) ausgeführt wird und die Vorzentrierung (I) spielfrei während der Positionierung von Eingangsteil (13) und Nabe (7) zueinander unter Ausbildung einer lokalen Pressverbindung durch plastische Verformung der Überdeckung (24) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Übermaß der Überdeckung (24) eine vordefinierte Mindestgröße aufweist, welche als Funktion der Toleranzstreuungen der Durchmesser (d) der Fügeflächen (3, 4) der miteinander zu verbindenden Bauteile Nabe (7) und Eingangsteil (13) derart festgelegt wird, dass eine Presspassung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und/oder Geometrie und/oder Dimensionierung der einzelnen, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) als Funktion zumindest einer der nachfolgend genannten Parameter/Größen festgelegt wird: – die Anordnung der Fügeflächen (3, 4) – Dimensionierung der Fügeflächen (3, 4) im Fügebereich (21) – Material der miteinander zu verbindenden Bauteile Nabe (7) und Eingangsteil (13) – An-/Einpresskraft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne lokal ein Übermaß bildende Überdeckung (24) von einer Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Überdeckungssegmenten gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) innerhalb der axialen Erstreckung der jeweiligen Fügefläche (3, 4) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelnen, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) in axialer Richtung benachbart eine sich zumindest über einen Teilbereich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung (23) zur Aufnahme plastisch deformierten Materials zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) konisch (26) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne, lokal mit zumindest einer, lokal ein Übermaß gegenüber der Fügefläche (4, 3) des jeweils anderen Bauteils Eingangsteil (13) und/oder Nabe (7) bildenden Überdeckung (24) mit einer Hinterschneidung (25) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Zentrierung durch Verbindung (I) an den radialen Fügeflächen (3, 4) nachgeordnete Ausbildung der Verbindung (II) zwischen Nabe (7) und Eingangsteil (13) an axialen Fügeflächen (5, 6) durch zumindest eine der nachfolgend genannten Verbindungen erfolgt: – Formschluß, insbesondere Vernieten – Kraftschluss, insbesondere Verbindungselemente – Stoffschluss, insbesondere Verschweißen.
Kraftübertragungsvorrichtung (1), umfassend eine hydrodynamische Komponente (10) und eine schaltbare Kupplungseinrichtung, die im Kraftfluss parallel oder gemeinsam betreibbar sind, wobei beiden im Kraftfluss jeweils eine Vorrichtung (9) zur Dämpfung von Schwingungen nachgeordnet ist, das Eingangsteil (13) der Vorrichtung (9) zur Dämpfung von Schwingungen jeweils mit dem Ausgang der hydrodynamischen Komponente (10) und der schaltbaren Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist, wobei die Verbindung (2) zwischen dem Turbinenrad (T) der hydrodynamischen Komponente (10) und dem Eingangsteil (13) der Vorrichtung (9) über eine Nabe (7) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (2) zwischen dem Eingangsteil (13) und dem Turbinenrad (T) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.