DE102011076175A1

DE102011076175A1 - Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments, insbesondere für einen Querstabilisator

Info

Publication number: DE102011076175A1
Application number: DE102011076175A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gehring; Marko Senzel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Übertragung eines Drehmoments (M) mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments (M), umfassend eine Hohlwelle (10) und ein Messbauteil (20), wobei das Messbauteil (20) im Innenraum der Hohlwelle (10) angeordnet und in wenigstens einem Verbindungsbereich (I, II) mit der Hohlwelle (10) verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass in wenigstens einem Verbindungsbereich (I, II) eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung (31, 32) zwischen dem Messbauteil (20) und der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung (100) und einen Querstabilisator, der wenigstens eine solche Vorrichtung (100) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung, sowie einen Querstabilisator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der wenigstens eine solche Einrichtung aufweist.
Eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments ist aus der EP 0 254 754 A1 bekannt. Die vorbekannte Vorrichtung umfasst eine Hohlwelle und eine innerhalb der Hohlwelle eingesetzte Einrichtung zur Messung bzw. Erfassung des von der Hohlwelle übertragenen Drehmoments. Die Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments umfasst eine Messwelle (Übertragungsrohr), die mit der Innenwandung der Hohlwelle verschweißt ist. Eine solche Schweißverbindung ist jedoch problematisch, da diese nachteiligen Einfluss auf das Gefüge der Hohlwelle haben kann und da die Herstellung einer solchen Schweißverbindung die Zugänglichkeit zur Schweißstelle erfordert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments anzugeben, die ohne eine solche Schweißverbindung auskommt und die sich insbesondere auch mit einem verhältnismäßig geringen Herstellungsaufwand herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Mit dem ersten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale in den abhängigen Ansprüchen, sowie die nachfolgenden Erläuterungen, gelten analog sowohl für die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch für das beanspruchte Verfahren zu deren Herstellung.
Mit dem zweiten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf einen Querstabilisator, vorzugsweise für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs und insbesondere für das Fahrwerk eines Personenkraftwagens, der wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ausdrücklich auch auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2010 027 959 derselben Anmelderin verwiesen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Hohlwelle und (wenigstens) ein Messbauteil, wobei das Messbauteil (zumindest teilweise) im Innenraum der Hohlwelle angeordnet ist und in wenigstens einem Verbindungsbereich mit der Hohlwelle verbunden und insbesondere drehfest verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass in wenigstens einem Verbindungsbereich eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung zwischen dem Messbauteil und der Innenwandung der Hohlwelle ausgebildet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Hartlötverbindung in diesem Verbindungsbereich über den gesamten Umfang der Innenwandung der Hohlwelle erstreckt.
Unter einer Hartlötverbindung soll eine Lötverbindung verstanden werden, die in bekannter Weise unter Einsatz eines geeigneten Lotmittels (Hartlot) bei einer Löttemperatur von mehr als 450°C hergestellt wurde. Eine solche Hartlötverbindung ist eine stoffschlüssige Verbindung. Eine Hartlötverbindung weist die oben im Zusammenhang mit einer Schweißverbindung genannten Nachteile nicht oder nur in vermindertem Maße auf. Ferner lässt sich bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Hartlötverbindung mit verhältnismäßig geringem Aufwand herstellen, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Die Hohlwelle weist eine axiale Längserstreckung und einen beliebigen Querschnitt auf. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hohlwelle rohrartig mit einem Kreisquerschnitt (oder einem ähnlichen Querschnitt, wie z. B. einem Ovalquerschnitt) ausgebildet ist.
Ein Messbauteil ist eine zur Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments gehörende Komponente, die eine mechanische Funktion beim Messen des von der Hohlwelle übertragenen Drehmoments wahrnimmt bzw. erfüllt. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine Messwelle. Eine solche Messwelle weist ebenfalls eine axiale Längserstreckung mit beliebigem Querschnitt auf. Die Messwelle kann als hohle Welle oder als massive Welle ausgeführt sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hohlwelle und/oder die Messwelle einen sich über ihre Längserstreckung verändernden Querschnitt aufweisen. Sowohl die Hohlwelle als auch die Messwelle (gleiches gilt für ein Messbauteil) können einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch jeweils eine einstückige Ausbildung. Eine drehfeste Verbindung in einem Verbindungsbereich dient vorrangig dazu, in diesem Verbindungsbereich Drehmomente zwischen der Hohlwelle und dem Messbauteil bzw. der Messwelle übertragen zu können, womit die Messung des von der Hohlwelle übertragenen Drehmoments ermöglicht ist, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Die vorgeschlagene Hartlötverbindung zwischen dem Messbauteil und der Hohlwelle kann verschiedene Funktionen erfüllen. Die Hartlötverbindung kann bspw. zur drehfesten Verbindung des Messbauteils mit der Hohlwelle dienen. Ferner kann die Hartlötverbindung zur Sicherung der axialen Position des Messbauteils innerhalb der Hohlwelle dienen. Die Sicherung der axialen Position des Messbauteils innerhalb der Hohlwelle mittels Hartlötverbindung kann auch dann nützlich sein, wenn eine drehfeste Verbindung des Messbauteils mit der Hohlwelle im Wesentlichen durch eine Formschlussverbindung (bspw. durch eine keilwellenartige Verbindung, Schraubverbindung, Stiftverbindung oder dergleichen) erfolgt. Eine weitere Funktion kann die Abdichtung des Innenraums sein.
Die Hohlwelle und das im Innenraum der Hohlwelle angeordnete Messbauteil können in wenigstens einem Verbindungsbereich derart ausgestaltet sein, dass eine direkte bzw. unmittelbare Hartlötverbindung zwischen dem Messbauteil und der Innenwandung der Hohlwelle ausgebildet werden kann. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Messbauteil in wenigstens einem Verbindungsbereich unter Einsatz wenigstens eines Zwischenstücks (oder dergleichen) oder einer Lagerbuchse (oder dergleichen) mit der Innenwandung der Hohlwelle hartverlötet ist (wie nachfolgend näher erläutert), was als indirekte bzw. mittelbare Hartlötverbindung bezeichnet wird. An einer erfindungsgemäßen Hohlwelle können ferner sowohl direkte als auch indirekte Hartlötverbindungen zwischen dem Messbauteil und der Hohlwelle vorgesehen sein, die sich dann auf mehrere Verbindungsbereiche verteilen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass an dem Messbauteil wenigstens ein Zwischenstück angeordnet ist, das mit der Innenwandung der Hohlwelle hartverlötet ist. Dieses Zwischenstück ist drehfest mit dem Messbauteil verbunden (denkbar ist auch eine einstückige Ausbildung mit dem Messbauteil) und bewerkstelligt im Verbindungsbereich eine Verbindung (bzw. Überbrückung) zwischen dem Messbauteil und der Innenwandung der Hohlwelle. Ein solches Zwischenstück kann z. B. tellerförmig oder scheibenartig ausgebildet sein. Bevorzugt ist ein solches Zwischenstück an einem Endabschnitt des Messbauteils (bzw. der Messwelle) angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass an beiden Endabschnitten des Messbauteils (bzw. der Messwelle) solche Zwischenstücke angeordnet sind, die beide in verschiedenen und axial zueinander beabstandeten Abschnitten mit der Innenwandung der Hohlwelle hartverlötet sind. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein solches Zwischenstück mit seiner Außenkontur an die Innenkontur der Hohlwelle angepasst ist (eventueller Formschluss). Die Hartlötverbindung erfolgt bevorzugt zwischen einer Außenumfangsfläche des Zwischenstücks und der Innenwandung der Hohlwelle. Die Hartlötverbindung kann sich im Wesentlichen über den gesamten Kontaktbereich zwischen der Außenumfangsfläche des Zwischenstücks und der Innenwandung der Hohlwelle erstrecken oder nur über ein Teilgebiet dieses Kontaktbereichs. In diesem Kontaktbereich kann das verwendete Lotmittel punktuell verteilt sein. Bevorzugt ist jedoch eine vollflächige Verteilung des Lotmittels im Kontaktbereich vorgesehen.
Alternativ oder auch ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Messbauteil zumindest abschnittsweise in wenigstens einer Lagerbuchse oder in einer Einbauhülse angeordnet ist, wobei die Lagerbuchse oder die Einbauhülse mit der Innenwandung der Hohlwelle hartverlötet ist. In einer Lagerbuchse kann z. B. eine Messelektronik untergebracht werden. In einer Einbauhülse kann das Messbauteil teilweise und insbesondere vollständig (d. h. einschließlich aller relevanten Komponenten) untergebracht sein, so dass bei der Herstellung z. B. eine vormontierte Montageeinheit bereitgestellt werden kann, die mit wenig Aufwand in den Innenraum der Hohlwelle einsetzbar bzw. einführbar ist. Zur weiteren Erläuterung wird auch auf die DE 10 2010 027 959 verwiesen. Die Hartlötverbindung erfolgt bevorzugt zwischen einer Außenumfangsfläche der Lagerbuchse bzw. der Einbauhülse und der Innenwandung der Hohlwelle. Die Hartlötverbindung erstreckt sich im Wesentlichen nur in den Randgebieten des Kontaktbereichs, wobei das verwendete Lotmittel punktuell oder vollflächig verteilt sein kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hohlwelle aus einem gehärteten Stahlmaterial besteht, wie nachfolgend noch näher erläutert. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Hohlwelle an einem axialen Ende offen und insbesondere an diesem axialen Ende mit einer Aufweitung bzw. mit einem sich vergrößernden Durchmesser ausgebildet ist. Dadurch wird die Zugänglichkeit zum Innenraum der Hohlwelle verbessert. Ferner stellt die Aufweitung eine größere Flanschfläche bspw. zur Anbindung an einen Aktuator (wie nachfolgend näher erläutert) zur Verfügung.
Das mit dem ersten nebengeordneten Anspruch beanspruchte Verfahren für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst (zumindest) die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Hohlwelle und eines Messbauteils;
– Bestücken der Hohlwelle durch Einsetzen des Messbauteils und gegebenenfalls weiterer Komponenten in den Innenraum der Hohlwelle und Einbringen von Lotmittel in wenigstens einem Verbindungsbereich;
– Erwärmen der bestückten Hohlwelle, wobei sich das Lotmittel verflüssigt und in dem Verbindungsbereich eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung zwischen dem Messbauteil und der Innenwandung der Hohlwelle ausbildet; und
– optionales nachfolgendes Einsetzen einer Messelektronik (in den Innenraum der Hohlwelle).

In der Hohlwelle kann ein Anschlag ausgebildet sein, durch den eine axiale Position für das Messbauteil im Innenraum der Hohlwelle vorgegeben werden kann. Das Erwärmen der mit dem Messbauteil und mit dem Lotmittel bestückten Hohlwelle kann in einem Wärmeofen erfolgen. Bevorzugt ist jedoch eine induktive Erwärmung vorgesehen. Das beanspruchte Verfahren kann weitere Schritte und/oder Zwischenschritte umfassen, die hier im Einzelnen nicht erläutert sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Hohlwelle gehärtet wird, wozu die mit dem Messbauteil und dem Lotmittel bestückte Hohlwelle erwärmt und nachfolgend gezielt abgekühlt wird, wobei sich das Lotmittel beim Erwärmen verflüssigt und in dem Verbindungsbereich eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung zwischen dem Messbauteil und der Innenwandung der Hohlwelle ausbildet. Auf diese Weise kann der Hartlötprozess quasi in einen Härtungsprozess integriert werden, wodurch insbesondere dann, wenn ohnehin eine Härtung der Hohlwelle vorgesehen ist, der Herstellungsaufwand gering gehalten werden kann. Ferner ergeben sich energetische Vorteile. Eine Härtung ist bspw. dann vorgesehen, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Querstabilisator (wie nachfolgend noch näher erläutert) verwendet werden soll.
Um eine Härtung der Hohlwelle durchführen zu können, muss die Hohlwelle aus einem härtbaren Stahlmaterial gebildet sein. Die Erwärmungstemperatur liegt im Bereich zwischen 800°C und 1000°C, wobei die erwärmte Hohlwelle eine gewisse Zeitspanne (Haltezeit) auf der Erwärmungstemperatur gehalten werden muss, damit die gewünschten Gefügeveränderungen eintreten und damit sich das Lotmittel verflüssigen kann. Die Erwärmung kann in einem Wärmeofen und/oder induktiv erfolgen. Nach der Erwärmung und einer definierten Haltezeit ist eine gezielte Abkühlung vorgesehen. In Anbetracht der verhältnismäßig hohen Temperaturen im Härtungsprozess kann es sich bei dem integrierten Hartlötprozess um ein so genanntes Hochtemperaturlöten (Temperaturen oberhalb von 900°C) handeln.
Das beanspruchte Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere auch für jene Fälle geeignet, in denen der Innenraum der bereitgestellten Hohlwelle nur über ein axiales Ende zugänglich ist. Die einseitige Zugänglichkeit des Innenraums bei drehmomentübertragenden Hohlwellen ist ein in der Praxis häufig anzutreffender Umstand, der insbesondere auch dann gegeben sein kann, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Bauteil für einen Querstabilisator (wie nachfolgend näher erläutert) handelt. Auch im Fall einer solchen einseitigen oder in sonstiger Weise schlechten Zugänglichkeit ist das Herstellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, indem das Messbauteil (und sämtliche zugehörigen Komponenten) vom zugänglichen Ende her in den Innenraum der Hohlwelle eingeführt und zur Befestigung in wenigstens einem Verbindungsbereich direkt oder indirekt mit der Innenwandung der Hohlwelle hartverlötet wird. Die Wärmeeinbringung zum Hartverlöten kann von außen und/oder induktiv erfolgen, zumal nach dem Einsetzen des Messbauteils der Innenraum der Hohlwelle im Wesentlichen nicht mehr zugänglich ist. Die Messelektronik wird erst nach dem Hartverlöten und gegebenenfalls Härten über das zugängliche axiale Ende in den Innenraum eingesetzt.
Mit dem zweiten nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf einen Querstabilisator, vorzugsweise für das Fahrwerk eines Kraftwagens und insbesondere für das Fahrwerk eines Personenkraftwagens, der wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich bei diesem Querstabilisator um einen verstellbaren bzw. einstellbaren Querstabilisator handelt. Hierzu ist der Querstabilisator bekanntermaßen geteilt ausgebildet, wobei an der Teilungsstelle ein Aktuator eingesetzt ist, der die angebundenen Stabilisatorenwellen (Stabilisatorhälften) situationsabhängig gegeneinander verdreht, um damit z. B. das Wankverhalten des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrten beeinflussen bzw. verändern zu können (siehe diesbezügliche Erläuterungen in der DE 10 2010 027 959 ). Bei den am Aktuator angebundenen Stabilisatorenwellen handelt es sich bevorzugt um erfindungsgemäße Vorrichtungen. Die an diesen Vorrichtungen gemessenen Drehmomente können zur Steuerung oder Regelung des Aktuators herangezogen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen unter Bezugnahme auf die Figuren.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments.
2a zeigt in einer vergrößerten schematischen Schnittansicht einen Verbindungsbereich an der Vorrichtung der 1 vor einem Hartlötprozess.
2b zeigt den selben Verbindungsbereich nach einem Hartlötprozess.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Übertragung eines Drehmoments mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments. Bei dieser Vorrichtung 100 handelt es sich um ein Bauteil (Stabilisatorhälfte) für einen Querstabilisator, der im Fahrwerk eines Personenkraftwagens verbaut ist bzw. verbaut werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst eine hohlzylindrisch ausgebildete Hohlwelle 10, die an einem axialen Ende eine Aufweitung 11 mit einem sich vergrößernden Durchmesser aufweist. An diesem Ende befindet sich auch der Zugang E zum Innenraum der Hohlwelle 10. Die Vorrichtung 100 kann an der Aufweitung 11 mit einem Aktuator zur dynamischen Beeinflussung der Stabilisierungseigenschaften verbunden sein (wie obenstehend erläutert). Die Längsachse ist mit L bezeichnet. Ein mit der Hohlwelle 20 übertragbares Drehmoment ist mit dem Drehpfeil M veranschaulicht.
Die Messung des von der Hohlwelle 10 übertragenen Drehmoments M erfolgt in grundsätzlich bekannter Weise, nämlich indem die aus der Drehmomentübertragung resultierende elastische Verdrehung bzw. Tordierung eines zweiten Abschnitts der Hohlwelle 10 gegenüber einem ersten Abschnitt der Hohlwelle 10 gemessen wird. Hierfür ist im Innenraum der Hohlwelle 10 ein Messbauteil in der Form einer Messwelle 20 angeordnet, die an ihrem ersten axialen Ende in einem ersten Verbindungsbereich I mit dem ersten Abschnitt der Hohlwelle 10 und an ihrem zweiten axialen Ende in einem zweiten Verbindungsbereich II mit dem zweiten Abschnitt der Hohlwelle 10 drehfest verbunden ist. Durch die drehfeste Verbindung in den beiden Verbindungsbereichen I und II wird die Tordierung der Hohlwelle 10 (zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt) auf die Messwelle 20 übertragen, so dass aus der Tordierung der Messwelle 20 zwischen ihrem ersten axialen Ende und ihrem zweiten axialen Ende das zwischen dem ersten Abschnitt der Hohlwelle 10 und dem zweiten Abschnitt der Hohlwelle 10 übertragene Drehmoment M bestimmt werden kann. Die Messung bzw. Erfassung des von der Hohlwelle 10 übertragenen Drehmoments M funktioniert auch dann, wenn das zweite axiale Ende der Messwelle 20 nicht mit dem zweiten Abschnitt Hohlwelle 10 verbunden ist, indem die Verdrehung des zweiten Abschnitts der Hohlwelle 10 gegenüber dem zweiten axialen Ende der Messwelle 20 gemessen bzw. erfasst wird. Durch den Einsatz eines solchen Messbauteils bzw. einer solchen Messwelle 20 sind weitere Möglichkeiten zur Messung des von der Hohlwelle 10 übertragenen Drehmoments M realisierbar.
Im ersten Verbindungsbereich I erfolgt die drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt der Messwelle 20 und dem ersten Abschnitt der Hohlwelle 10 mittels eines tellerförmigen Zwischenstücks 40, das drehfest an der Messwelle 20 angeordnet ist. Das tellerförmige Zwischenstück 40 kann auch einstückig mit der Messwelle 20 ausgebildet sein. Im zweiten Verbindungsbereich II erfolgt die drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Endabschnitt der Messwelle 20 und dem zweiten Abschnitt der Hohlwelle 10 mittels eines Käfigs 50 (oder dergleichen) und einer Lagerbuchse 60. Der Käfig 50 kann einstückig mit der Lagerbuchse 60 ausgebildet sein. Das tellerförmige Zwischenstück 40 und die Lagerbuchse 60 (zusammen mit dem Käfig 50) fungieren quasi als Träger für die Messwelle 20.
Im Käfig 50 ist eine nicht näher gezeigte und erläuterte Messelektronik (wie bspw. ein Drehbewegungssensor oder ein Drehmomentsensor; siehe diesbezüglich auch die Erläuterungen in der DE 10 2010 027 959 ) angeordnet, die die Tordierung der Messwelle 20 zwischen ihrem ersten Endabschnitt und ihrem zweiten Endabschnitt misst, woraus auf das zwischen dem ersten Abschnitt der Hohlwelle 10 und dem zweiten Abschnitt der Hohlwelle 10 übertragene Drehmoment M geschlossen werden kann, wie obenstehend erläutert. Basierend auf dieser Messung kann z. B. der oben erläuterte Aktuator zur dynamischen Beeinflussung der Stabilisierungseigenschaften des Querstabilisators geregelt oder gesteuert werden.
Erfindungsgemäß ist sowohl im ersten Verbindungsbereich I als auch im zweiten Verbindungsbereich II eine indirekte Hartlötverbindung zwischen der Messwelle 20 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 vorgesehen. Im ersten Verbindungsbereich I ist eine Hartlötverbindung 31 zwischen der Außenumfangsfläche des tellerförmigen Zwischenstücks 40 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 vorgesehen. Diese Hartlötverbindung 31 erstreckt sich im Wesentlichen über den gesamten Kontaktbereich zwischen der Außenumfangsfläche des tellerförmigen Zwischenstücks 40 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10. Im zweiten Verbindungsbereich II ist eine Hartlötverbindung 32 zwischen der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 vorgesehen. Diese Hartlötverbindung 32 erstreckt sich im Wesentlichen nur in den Randgebieten des Kontaktbereichs zwischen der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10, wie aus 2b ersichtlich.
Anhand der Lagerbuchse 60 wird nachfolgend mit Bezug auf die 2a und 2b die Hartlötverbindung 32 zwischen der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 und das Herstellen einer solchen Hartlötverbindung 32 erläutert, wobei diese Erläuterungen auch für die Hartlötverbindung 31 zwischen der Außenumfangsfläche des tellerförmigen Zwischenstücks 40 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 analog gelten.
2a zeigt den zweiten Befestigungsbereich II in einer vergrößerten Darstellung vor dem Hartlötprozess. Die Messwelle 20, der Käfig 50 und die Lagerbuchse 60 befinden sich bereits im Innenraum der Hohlwelle 10. In dem von der Lagerbuchse 60 definierten Kontaktbereich mit der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 ist zwischen der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 ein Spalt 33 ausgebildet. An beiden axialen Rändern der Lagerbuchse 60 (oder gegebenenfalls auch nur an einem Rand der Lagerbuchse 60) ist ein Lotmittel 30 in Form von mehreren über den Umfang verteilten Paketen (Inlays) oder in Form eines geschlossenen Rings angebracht. Zur Positionssicherung und im Hinblick auf eine einfache Montage kann das Lotmittel 30 bspw. an den kreisringförmigen Stirnseiten der Lagerbuchse 60 befestigt sein. Ergänzend kann ein Flussmittel vorgesehen sein, mit dem z. B. das Lotmittel 30 beschichtet oder versetzt ist.
In dem in 2a gezeigten Zustand wird die mit der Messwelle 20 und dem Lotmittel 30 bestückte Hohlwelle 10 erwärmt und über eine definierte Zeitspanne auf dieser Erwärmungstemperatur (bspw. im Bereich zwischen 800°C und 1000°C) gehalten. Dies ist durch den mit Q (Wärme) und t (Zeit) bezeichneten Pfeil zwischen den 2a und 2b veranschaulicht. Durch die Wärmeeinwirkung verflüssigt sich das Lotmittel 30 und dringt aufgrund von Kapillarwirkung von beiden Seiten her in den Spalt 33 zwischen der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 ein.
Hierdurch kommt es, nach Abkühlung, zu einer Hartlötverbindung, die sich abhängig von der Menge und der Ausgestaltung des Spalts 33 über die gesamte axiale Breite der Lagerbuchse 60 erstreckt oder die nur in den Randgebieten des Kontaktbereichs zwischen der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 ausgebildet ist, wie in 2b gezeigt. Die Hartlötverbindung 32 kann sich punktuell über den Umfang oder auch geschlossen über den gesamten Umfang erstrecken.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Spalt 33 zwischen der Lagerbuchse 60 und der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 im Hinblick auf die Kapillarwirkung während des Hartlötprozesses erforderlich. Nach dem Abkühlen kann sich durch das zwischen der Innenwandung 12 der Hohlwelle 10 und der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 befindliche Lotmittel ein presspassungsähnlicher Zustand einstellen. Auf den Spalt 33 kann unter Umständen verzichtet werden, bspw. dann, wenn es durch geschickte Materialkombination gelingt, beim Erwärmen eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der Hohlwelle 10 und der Lagerbuchse 60 zu erzielen, so dass sich dann beim Erwärmen ein Spalt ausbildet, in den das Lotmittel 30 eindringen kann. Ergänzend oder alternativ zu einem an den axialen Rändern der Lagerbuchse 60 angebrachten Lotmittel 30 (siehe 2a) kann vorgesehen sein, dass das Lotmittel in Vertiefungen an der Außenumfangsfläche der Lagerbuchse 60 eingebracht ist und beim Erwärmen aus diesen Vertiefungen ausschmilzt.
Um eine gute Hartlötverbindung 32 zu erhalten ist bevorzugt vorgesehen, dass die Hohlwelle 10 und die Lagerbuchse 60 aus dem gleichen Metallmaterial, insbesondere aus dem gleichen Stahlmaterial, oder zumindest aus ähnlichen Metallmaterialien, insbesondere aus ähnlichen Stahlmaterialien, gebildet sind. Für die Lagerbuchse 60 kommt gegebenenfalls auch ein Verbundmaterial (bspw. ein Keramikverbund) in Betracht.
Bevorzugt ist ein kombinierter Härtungs- und Lötprozess vorgesehen, wobei die zum Härten der Hohlwelle 10 eingebrachte Wärme gleichzeitig zum Aufschmelzen bzw. Verflüssigen des Lotmittels 30 führt, wie obenstehend erläutert. Damit werden quasi zwei Fertigungsschritte zu einem Fertigungsschritt zusammengefasst.
Um eine Beschädigung der Messelektronik zu verhindern, wird diese erst nach dem Erwärmen und Abkühlen der Vorrichtung 100 in den Käfig 50 eingesetzt. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Messelektronik unmittelbar nach dem Abkühlen eingesetzt wird. Ein weitergehender Schutz der Messelektronik kann z. B. dadurch erreicht werden, dass diese zu einem späten Zeitpunkt, bspw. erst kurz vor dem Verbau der Vorrichtung 100, eingesetzt wird.
Bezugszeichenliste

10: Hohlwelle
11: Aufweitung
12: Innenwandung
20: Messwelle
30: Lotmittel
31: Hartlötverbindung
32: Hartlötverbindung
33: Spalt
40: Zwischenstück
50: Käfig
60: Lagerbuchse
100: Vorrichtung
I: erster Verbindungsbereich
II: zweiter Verbindungsbereich
E: zugängliches Ende
L: Längsachse
M: Drehmoment
Q: Wärmeeinbringung
t: Haltezeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0254754 A1 [0002]
DE 102010027959 [0008, 0016, 0023, 0031]

Claims

Vorrichtung (100) zur Übertragung eines Drehmoments (M) mit einer Einrichtung zur Messung des übertragenen Drehmoments (M), umfassend eine Hohlwelle (10) und ein Messbauteil (20), wobei das Messbauteil (20) im Innenraum der Hohlwelle (10) angeordnet und in wenigstens einem Verbindungsbereich (I, II) mit der Hohlwelle (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Verbindungsbereich (I, II) eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung (31, 32) zwischen dem Messbauteil (20) und der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hartlötverbindung (31, 32) über den gesamten Umfang der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) erstreckt.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messbauteil (20) wenigstens ein Zwischenstück (40) angeordnet ist, das mit der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) hartverlötet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messbauteil (20) zumindest abschnittsweise in wenigstens einer Lagerbuchse (60) oder in einer Einbauhülse angeordnet ist, wobei die Lagerbuchse (60) oder die Einbauhülse mit der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) hartverlötet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (10) aus einem gehärteten Stahlmaterial gebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (10) an einem axialen Ende (E) offen und mit einer Aufweitung (11) ausgebildet ist.
Verfahren für die Herstellung einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Hohlwelle (10) und eines Messbauteils (20); – Bestücken der Hohlwelle (10) durch Einsetzen des Messbauteils (20) und gegebenenfalls weiterer Komponenten in den Innenraum der Hohlwelle (10) und Einbringen von Lotmittel (30) in wenigstens einem Verbindungsbereich (I, II); – Erwärmen der bestückten Hohlwelle (10), wobei sich das Lotmittel (30) verflüssigt und in dem Verbindungsbereich (I, II) eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung (31, 32) zwischen dem Messbauteil (20) und der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) ausbildet; und – nachfolgendes Einsetzen einer Messelektronik.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (10) gehärtet wird, wozu die mit dem Messbauteil (20) und dem Lotmittel (30) bestückte Hohlwelle (10) erwärmt und nachfolgend gezielt abgekühlt wird, wobei sich das Lotmittel (30) beim Erwärmen verflüssigt und in dem Verbindungsbereich (I, II) eine direkte oder indirekte Hartlötverbindung (31, 32) zwischen dem Messbauteil (20) und der Innenwandung (12) der Hohlwelle (10) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der bereitgestellten Hohlwelle (10) nur über ein axiales Ende (E) zugänglich ist.
Querstabilisator, vorzugsweise für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs und insbesondere für das Fahrwerk eines Personenkraftwagens, umfassend wenigstens eine Vorrichtung (100), die gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet und/oder die nach einem Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 7 bis 9 hergestellt ist.