DE102011083046A1

DE102011083046A1 - Gezogene Hülse, insbesondere als Laufbuchse für ein Automatikgetriebe

Info

Publication number: DE102011083046A1
Application number: DE102011083046A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ziegler; Alexander Pabst; Frank BEECK; Dieter Hauck
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: US20130067684A1; DE102011083046B4; US8696214B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufbuchse, mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung (1) die eine Buchseninnenfläche (2) und eine Buchsenaußenfläche (3) bildet, einer Bodenwandung (4) mit einer inneren Bodenfläche (5) und einer äußeren Bodenfläche (6), und einer in der Bodenwandung (4) ausgebildeten Bodenöffnung (7), wobei die Bodenöffnung (7) von einem Ringbund (8) umsäumt ist, der sich axial über die innere Bodenfläche (5) erhebt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine gezogene Hülse mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung und einer Bodenwandung mit einer darin ausgebildeten Bodenöffnung.
Laufbuchsen der vorgenannten Art finden insbesondere als sog. Laufbuchsen bei Automatikgetrieben Anwendung und bilden in Einbauposition eine Lauffläche an welcher die Wälzkörper eines Wälzlagers, insbesondere Nadellagers abwälzen können. Derartige Laufbuchsen können als nahtlos gezogene Bauteile gefertigt werden, wobei im Wege der Ziehumformung Oberflächenqualitäten und Bauteilgeometrien erreicht werden können die in vielen Anwendungsfällen unmittelbar den Anforderungen einer Wälzkörperlauffläche entsprechen.
Bei Automatikgetrieben bestehen hohe Anforderungen an die Kompaktheit und das Systemgewicht. Bei den etablierten Getrieben besteht überwiegend eine große Bauteildichte und ein hoher Integrationsgrad welcher durch Mehrfachfunktionen einzelner Bauteile erreicht wird. So ist es beispielsweise ebenfalls bekannt, im Zusammenspiel mit einer gezogenen Laufbuchse auch Ölführungsoder Schließstrukturen zu realisieren durch welche innerhalb eines Automatikgetriebes Ölführungs- und Ventilfunktionen geboten werden können.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, durch welche es möglich wird, in einer unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten relativ kostengünstig zu bewerkstelligenden Weise, eine Verbesserung der Funktionseigenschaften einer Laufbuchse, insbesondere beim Einsatz derselben in einem Automatikgetriebe zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Laufbuchse mit:

– einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung die eine Buchseninnenfläche und eine Buchsenaußenfläche bildet,
– einer Bodenwandung mit einer inneren Bodenfläche und einer äußeren Bodenfläche und
– einer in der Bodenwandung ausgebildeten Bodenöffnung,
– wobei die Bodenöffnung von einem Ringbund umsäumt ist, der sich axial über die innere Bodenfläche erhebt.

Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, bezüglich der Bodenaußenfläche enge Formtoleranzen, z. B. eine Rechtwinkligkeit von kleiner +/–30 μm zur Buchsenachse zu realisieren. Der Boden kann damit als Anschlagfläche für ein Anschlussbauteil bilden wobei im Zusammenspiel dieser beiden Bauteile ein Ventil- oder Dichtflächensystem geschaffen werden kann. Die hohe Formgenauigkeit, insbesondere die Rechtwinkligkeit ermöglicht ein Abdichten des anschlagenden Kolbens der mit Öl gefüllt ist. Die Forderung der Rechtwinkligkeit kann durch das erfindungsgemäße Konzept zuverlässig eingehalten werden, damit kann überhöhten Leckage an dieser Dichtstelle vorgebeugt und die Gesamtfunktion des Systems verbessert werden. Auf bislang bei derartigen Bauteilen erforderliche, insbesondere spanabhebende mechanische Nacharbeitsgänge zur Verbesserung der Bauteilsgeometrie kann nunmehr verzichtet werden.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es auch möglich, eine Buchsenstruktur zu schaffen bei welcher unter einbautypischen Belastungen, insbesondere einem an der Umfangswandung angreifenden Presssitz die Bodenwandung ihre Idealgeometrie erlangt.
Der an der erfindungsgemäßen, gezogenen Hülse in der radialen Bodenwandung umformtechnisch ausgebildete Bund erhöht die Steifigkeit des Bodens der Hülse und führt auch im Rahmen des Umformprozesses zu inneren Versteifungsbeiträgen die letztlich dazu beitragen, dass die geforderte Geometrie, insbesondere Rechtwinkligkeit erreicht und auch beim Verbau der Hülse im Gehäuse hinreichend genau erhalten bleibt.
Die Erfindung findet vorzugsweise Verwendung in Automatikgetrieben, bei welchen mehrere Funktionen des Bauteils zu gewährleisten sind. Zum einen dient das Bauteil als Laufbahn, zum Abdichten sowie als hochgenauer Anschlag für Anschlussbauteile.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Laufbuchse derart ausgebildet, dass die Bodenwandung senkrecht zur Buchsenachse ausgerichtet ist. Die so gestaltete Laufbuchse kann damit eine Anschlagfläche für ein Anschlussbauteil bilden das ebenfalls eine plane, radial ausgerichtete Stirnfläche aufweist. Die sich kontaktierenden Flächen können dann einen Ventilmechanismus bilden, welcher einen Schließzustand einnimmt, wenn die hochplanen Flächen sich entsprechen flächig kontaktieren.
Die Bodenöffnung ist vorzugsweise konzentrisch zur Buchsenachse angeordnet. Hierbei ergeben sich für den gesamten die Bodenöffnung umsäumenden Wandungsbereich im wesentlichen gleiche strukturmechanische Eigenschaften. Die erfindungsgemäße Laufbuchse kann dann ggf. ohne besondere Berücksichtigung ihrer Ausrichtung um die Buchsenachse verbaut werden.
Vorzugsweise ist die Wanddicke der Bodenwandung größer als die Wanddicke der Umfangswandung. Hierdurch wird eine hohe axiale und radiale Steifigkeit der Bodenwandung erreicht und einer Verwölbung unter Wirkung der an der Buchsenwandung angreifenden Kräfte vorgebeugt.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Übergangsbereich zwischen Ringbund und Bodenwandung als mit einem Radius verrundeter Bereich ausgebildet, wobei der Übergangsradius von der, der Buchsenachse zugewandten Innenwandung des Ringbunds in die äußere Bodenfläche größer ist als der Inneneckradius zwischen der Außenumfangswandung des Ringbundes und der Bodeninnenfläche.
Der Ringbund ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist. Der Ringbund kann so gebildet werden, dass dessen radiale Wanddicke etwas geringer ist als die axiale Wanddicke der Bodenwandung. Der Ringbund kann, soweit entsprechender Bauraum besteht auch durch eine Fließpressumformung gebildet werden und hierbei komplexere Detailgeometrien, z. B. gestufte Umfangsflächen und ausgeprägte stirnseitige Fasen erhalten.
Der Übergang von der Buchsenaußenfläche in die Bodenaußenfläche erfolgt vorzugsweise ebenfalls über einen verrundeten Bereich. In diesem an die Bodenfläche angrenzenden Bereich kann an der Umfangswandung eine Umfangsstufe ausgebildet werden durch welche die Wanddicke der Umfangswandung reduziert wird, und ein schmaler Ringbereich entsteht welcher radial unter das Durchmesserniveau der Außenumfangswandung zurücktritt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die zur Herbeiführung des Presssitzes der Laufbuchse an der Buchsenumfangswandung angreifenden Presskräfte nicht direkt auf den Außenumfangsbereich der Bodenwandung wirken. Hierdurch wird eine gewisse radiale Entlastung der Bodenwandung erreicht und damit der Gefahr eines Ausbauchens oder Auswölbens aufgrund radialer Kräfte vorgebeugt.
Die in der Bodenwandung ausgebildete Bodenöffnung wird vorzugsweise gebildet, indem das im Ausgangsmaterialzuschnitt dort vorhandene Material zumindest teilweise zu dem Ringbund umgeformt wird. Es ist möglich, im Rahmen einer Tiefziehumformung zunächst ein Strukturbauteil zu fertigen, bei welchem in der Bodenwandung der Ringbund ausgebildet ist, dieser jedoch noch geschlossen ist. Die Bodenöffnung kann dann gebildet werden indem der entsprechende Deckelbereich abgestanzt wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Bodenöffnung zu bilden, indem hier erst eine Stanzung mit kleinem Durchmesser gebildet wird die dann mittels eines Dornabschnittes Durchmesser gebildet wird die dann mittels eines Dornabschnittes unter Bildung des Ringbund geweitet wird.
An der erfindungsgemäßen Laufbuchse ist vorzugsweise im Bereich einer der Bodenwandung abgewandten Stirnseite ein Ringbord ausgebildet, der sich radial über die Buchsenaußenfläche erhebt. Über diesen Ringbord kann eine Einschubbegrenzung realisiert werden die als solche die axiale Einstecktiefe der Laufbuchse in eine Aufnahmebohrung begrenzt. Die Geometrie dieses Ringbords kann so gestaltet sein, dass dieser in eine Umfangsfase der Aufnahmebohrung eintauchen kann und damit nicht, oder nur gering axial über eine die Aufnahmebohrung umsäumende Frontfläche hervorragt.
In verbautem Zustand bildet vorzugsweise die Innenfläche der Laufbuchse eine Lauffläche an welcher die Nadeln eines Nadellagers abrollen. Die Innenfläche kann weiterhin auch eine Dichtfläche bilden, an welcher Dichtorgane, insbesondere Dichtringe oder Dichtlippen anlaufen. Der vorgenannte Ringbord am Axialendbereich der Laufbuchse ist vorzugsweise so gestaltet, dass jene Dichtorgane sanft und beschädigungsfrei in die Laufbuchse eingeschoben werden können. Der Ringbord kann hierzu auf seiner der Buchsenachse zugewandten Innenseite eine schwach konische Innenwandung bilden die stoßfrei in die Buchseninnenwandung übergeht.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf ein Automatikgetriebe bei welchem im Zusammenspiel mit einer Laufbuchse der vorgenannten Art eine Anschlags- und Ventilfunktion realisiert wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine Axialschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Laufbuchse für ein Automatikgetriebe;
2 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der Geometrie der Laufbuchse nach 1 im Übergangsbereich zwischen der Bodenwandung und dem Ringbund;
3 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der Geometrie der Laufbuchse nach 1 im Übergangsbereich zwischen der Umfangswandung und der Bodenwandung;
4 eine Detaildarstellung zur Veranschaulichung der Geometrie der Laufbuchse nach 1 in ihrem der Bodenwandung abgewandten Endbereich;
5 eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung der Einbausituation bei einem unter Einschluss der erfindungsgemäßen Laufbuchse gebildeten Automatikgetriebe.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist eine erfindungsgemäße Laufbuchse für ein Automatikgetriebe dargestellt. Diese Laufbuchse umfasst eine im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung 1 die eine Buchseninnenfläche 2 und eine Buchsenaußenfläche 3 bildet. Die Laufbuchse umfasst weiterhin eine Bodenwandung 4 mit einer inneren Bodenfläche 5 und einer äußeren Bodenfläche 6.
In der Bodenwandung 4 ist eine Bodenöffnung 7 ausgebildet. Diese Bodenöffnung 7 ist von einem Ringbund 8 umsäumt, der sich axial über die innere Bodenfläche 5 erhebt. Die Laufbuchse ist derart gestaltet, dass die Bodenwandung 4 senkrecht zur Buchsenachse ausgerichtet ist. Die äußere Bodenfläche 6 bildet einen hochplanen und unter engen Toleranzen radial ausgerichteten Ringbereich der als Anschlag- und Dichtfläche fungiert.
Die Bodenöffnung 7 ist konzentrisch zur Buchsenachse X angeordnet. Auch der Ringbund 8 ist zu jener Buchsenachse X konzentrisch ausgebildet. Die Wanddicke der Bodenwandung 4 ist hier größer ist als die Wanddicke der Umfangswandung 1. Hierdurch wird eine hohe Steifigkeit der Bodenwandung 4 erreicht.
Die Innenwandung 8i des Ringbunds 8 geht über einen Radius R1 in die äußere Bodenfläche 6 über. Die Buchsenaußenfläche 3 geht über einen Radius R2 in die äußere Bodenfläche 6 über. Im Übergangsbereich zu jenem Radius R2 weist die Umfangswandung einen reduzierten Außendurchmesser und eine reduzierte Wanddicke auf. Hierdurch wird eine gewisse radiale Entkoppelung der Bodenwandung 4 von etwaigen radial an der Umfangswandung 1 angreifenden Presssitzkräften erreicht.
Die Bodenöffnung 7 wird aus einem Ausgangsmaterialzuschnitt im Wege eines Umformschrittes unter Umformung von Material zu dem Ringbund gefertigt. Die Bildung der Bodenöffnung und des Ringbundes kann dabei entweder im Rahmen eines dem eigentlichen Buchsentiefziehschrittes vorangehenden Umformschrittes, oder auch erst gegen Ende, oder im Anschluss an den zur Buchsenbildung führenden Tiefziehschritt erfolgen. Der Tiefziehvorgang wird vorzugsweise so abgewickelt, dass der Tiefziehstempel derart in das Außengesenk eingefahren und eingepresst wird, dass gegen Ende des Ziehvorganges noch eine Pressumformung erfolgt in welcher der Bodenwandung und dem Ringbund 8 die Geometrie des zwischen der Stirnseite des Presstempels und dem Außengesenk verbleibenden unteren Gesenkraum aufgezwungen wird. Materialausweichung aus diesem unteren Gesenkraum werden insbesondere durch die Wanddickeneinschnürung im Bereich des Radius R2 vermieden, so dass die Umfangswandung 1 eine an sich reine Ziehstruktur ist die ggf. durch Stempel und Außengesenk eine gewisse Kalibrierung erhält. Die Entformung der gefertigten Laufbuchse aus dem Außengesenk erfolgt vorzugsweise indem vor Auszug des Pressstempels das Bauteil durch einen die Bodenwandung stützenden Gegenstempel aus dem Außengesenk ausgeschoben wird.
Die erfindungsgemäße Laufbuchse kann aus einem beschichteten Material gefertigt werden, wobei diese Beschichtung nach Abschluss des Umformverfahrens z. B. elektrochemisch entfernt werden kann.
In 2 ist in Form einer Detaildarstellung der Übergang zwischen der Bodenwandung 4 und dem Ringbund 8 dargestellt. Wie ersichtlich erfolgt der Übergang durch eine einen Radius R1 bildende Ringzone. Im Inneneckbereich zwischen Ringbund 8 und der inneren Bodenfläche 5 ist ebenfalls eine, einen Radius R3 bildende Ringzone ausgebildet. Der Radius R3 ist kleiner als der Radius R1. Auch die radiale Wanddicke Tr8 des Ringbundes ist kleiner als die axiale Wanddicke Ta4. Der axiale Überstand des Ringbundes 8 über die Bodeninnenfläche 5 entspricht vorzugsweise der 1,7 bis 3 fachen axialen Wanddicke Ta4 der Bodenwandung 4.
In 3 ist in Form einer Detaildarstellung der Eckübergangsbereich zwischen der Umfangswandung 1 und der Bodenwandung 4 dargestellt. Wie aus dieser Darstellung erkennbar, ist die Umfangswandung 1 in diesem Bereich leicht radial eingezogen und weist hier einen geringeren Außendurchmesser auf, als der übrige Bereich der Umfangswandung. Die Wanddickenreduktion entspricht in etwa 5 bis 25% der radialen Wanddicke der Umfangswandung 1. Der Radius R2 entspricht vorzugsweise der 1,5 bis 2,2-fachen axialen Dicke der Bodenwandung 4. Die Zentren der Radien R2 und R4 sind zueinander versetzt. Der Innenradius R4 zwischen der Innenumfangsfläche 2 und der Bodeninnenfläche 5 ist kleiner als der Radius R2.
4 zeigt ein weiteres Details der erfindungsgemäßen Laufbuchse. Der hier erkennbare, der Bodenwandung 4 abgewandte Axialendbereich der Laufbuchse ist mit einem Ringbord 10 versehen welcher sich radial über die Buchsenaußenfläche 3 erhebt. Der radiale Überstand über die Außenfläche 3 entspricht in etwa der 1,1 bis 2,2 fachen radialen der Außenwandung 1. Der Ringbord 10 bildet eine Sitzringfläche 11 über welche die axiale Einsetztiefe der Laufbuchse in einer Aufnahmestruktur festgelegt wird. Im Innenbereich des Ringbords 10 ist eine Konuszone 12 ausgebildet die über einen Radius R5 in eine vordere Stirnfläche 12 übergeht. Die Sitzringfläche 11 und die Stirnfläche bilden zwei zueinander im wesentlichen parallele, plane und radial zur Buchsenachse X ausgerichtete Ringflächen. Die Axialhöhe Ta10 dieses Ringbords 10 entspricht in etwa der 1,1 bis 1,6 fachen radialen Wanddicke der Umfangswandung 1 im nicht-reduzierten Bereich.
In 5 ist eine Einbausituation einer erfindungsgemäßen Laufbuchse I bei einem Automatikgetriebe dargestellt. Die Laufbuchse I sitzt hierbei unter leichtem Presssitz in einem Getriebeteil 13. In der Laufbuchse I ist ein Umlaufteil 14 über ein Nadellager 15 abgestützt. Die Nadeln des Nadellagers 15 rollen auf der Innenumfangsfläche 2 der Laufbuchse I ab. In dem Umlaufteil 14 ist eine Umfangsnut 16 ausgebildet in welcher ein Dichtring 17 sitzt der ebenfalls an der Innenumfangsfläche 2 der Laufbuchse I anläuft.
Wie bereits in Verbindung mit 1 angesprochen umfasst die Laufbuchse I neben der im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung 1 eine Bodenwandung 4 mit einer inneren Bodenfläche 5 und einer äußeren Bodenfläche 6.
In der Bodenwandung 4 ist eine Bodenöffnung 7 ausgebildet. Diese Bodenöffnung 7 ist erfindungsgemäß von einem Ringbund 8 umsäumt, der sich axial über die innere Bodenfläche 5 erhebt. Die Laufbuchse ist derart gestaltet, dass die Bodenwandung 4 senkrecht zur Buchsenachse ausgerichtet ist. Die äußere Bodenfläche 6 bildet einen hochplanen und unter engen Formtoleranzen radial ausgerichteten Ringbereich der als Anschlag- und Dichtfläche für einen Zapfen 18 fungiert. Durch die Bodenwandung 4 kann hierbei eine in dem Zapfen 18 ausgebildete Ölbohrung 19 geschlossen werden. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Laufbuchse L wird erreicht, dass die Bodenwandung 4 eine hohe Struktursteifigkeit und eine hohe Formgenauigkeit erlangt. Hierdurch wird im Zusammenspiel mit dem Zapfen 18 eine Ventileinrichtung realisiert über welche bei Anschlag des Zapfens 18 an der Bodenwandung 4 der Ölkanal 19 zuverlässig geschlossen werden kann.

Claims

Laufbuchse, mit: – einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswandung (1) die eine Buchseninnenfläche (2) und eine Buchsenaußenfläche (3) bildet, – einer Bodenwandung (4) mit einer inneren Bodenfläche (5) und einer äußeren Bodenfläche (6), und – einer in der Bodenwandung (4) ausgebildeten Bodenöffnung (7), – wobei die Bodenöffnung (7) von einem Ringbund (8) umsäumt ist, der sich axial über die innere Bodenfläche (5) erhebt.
Laufbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwandung (4) senkrecht zur Buchsenachse (X) ausgerichtet ist.
Laufbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Bodenöffnung (7) konzentrisch zur Buchsenachse (X) angeordnet ist.
Laufbuchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wanddicke (Ta4) der Bodenwandung (4) größer ist als die Wanddicke der Umfangswandung 1.
Laufbuchse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (8i) des Ringbunds (8) über einen Radius (R4) in die äußere Bodenfläche (6) übergeht.
Laufbuchse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsenaußenfläche (3) über einen Radius (R2) in die äußere Bodenfläche (6) übergeht,
Laufbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zu jenem Radius (R2) die Umfangswandung einen reduzierten Außendurchmesser aufweist.
Laufbuchse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenöffnung (7) unter Umformung von Material zu dem Ringbund (8) gebildet ist, und dass die Wanddicke des Ringbundes (8) geringer ist als die Wanddicke der Bodenwandung.
Laufbuchse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangswandung (1) an einem der Bodenwandung (4) abgewandten Endbereich ein Ringbord (10) ausgebildet ist, der sich radial über die Buchsenaußenfläche (3) erhebt.