DE102012020674A1 - Method for connecting differential cage with driving wheel of axle differential gear box in passenger car, involves performing training process with rotating load, where amplitudes of load lie below rated load torque during process - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Wellenkomponente mit einer Nabenkomponente durch eine Welle-Nabe-Pressverbindung, wozu wenigstens eine der Fügeflächen an der Wellenkomponente und/oder an der Nabenkomponente vor dem Fügen mit einer dünnen Metallschicht beschichtet wird und nach dem Fügen ein Trainiervorgang mit einer alternierenden Drehbelastung durchgeführt wird, um die Verbindungsfestigkeit der zuvor erzeugten Welle-Nabe-Pressverbindung zu steigern.The invention relates to a method for connecting a shaft component with a hub component by a shaft-hub press connection, for which at least one of the joining surfaces on the shaft component and / or on the hub component is coated with a thin metal layer before joining and with a training after joining an alternating rotation load is performed to increase the connection strength of the previously generated shaft-hub press connection.
Die Erfindung betrifft ferner eine mit einem solchen Verfahren hergestellte Baueinheit, wobei es sich insbesondere um eine Baueinheit für ein PKW-Achsdifferentialgetriebe handelt. Das Fügen bzw. Verbinden einer Wellenkomponente mit einer Nabenkomponente durch Herbeiführen einer Welle-Nabe-Pressverbindung ist gängiger Stand der Technik. Unter einer Welle-Nabe-Pressverbindung wird eine durch Presssitz herbeigeführte Verbindung zwischen der Wellenkomponente und der Nabenkomponente verstanden, über die Drehmomente durch Reibschluss übertragen werden können.The invention further relates to an assembly produced by such a method, which is in particular a structural unit for a passenger car axle differential. Joining a shaft component to a hub component by inducing a shaft-hub interference fit is common prior art. A shaft-hub press connection is understood to be a press-fit connection between the shaft component and the hub component, via which torques can be transmitted by frictional engagement.
Zudem ist bekannt, die Fügeflächen an der Wellenkomponente und/oder an der Nabenkomponente vor dem Fügen mit einer dünnen Metallschicht zu versehen, wodurch sich in der Welle-Nabe-Pressverbindung eine metallische Zwischenschicht (auch als Lotschicht bezeichnet) ausbildet, die bedingt zu einer stoffschlüssigen Verbindung führt, so dass aufgrund einer höheren Verbindungsfestigkeit (im Vergleich zu einer ausschließlich reibschlüssigen Verbindung) höhere Drehmomente übertragen werden können. Derartige Verbindungen werden auch als Press-Presslöt-Verbindungen (PPLV) bezeichnet.In addition, it is known to provide the joining surfaces on the shaft component and / or on the hub component before joining with a thin metal layer, which forms a metallic intermediate layer (also referred to as solder layer) in the shaft-hub-press connection, the conditionally to a cohesive Connects, so that higher torque can be transmitted due to a higher connection strength (compared to a purely frictional connection). Such compounds are also referred to as press-press solder joints (PPLV).
Ferner ist bekannt, dass bei Press-Presslöt-Verbindungen die Verbindungsfestigkeit und somit die Drehmomentenübertragungsfähigkeit durch ein so genanntes Trainieren bzw. Hochtrainieren beträchtlich gesteigert werden kann. Zum Trainieren werden die bereits miteinander gefügten Komponenten relativ zueinander bewegt (was durch entsprechende Vorrichtungen erfolgt), wodurch aufgrund mehrerer Effekte eine markante Steigerung der Verbindungsfestigkeit der betreffenden Welle-Nabe-Pressverbindung erreicht wird.Further, it is known that in press-press soldering joints, the connection strength and thus the torque transmission capability can be considerably increased by so-called exercising. For training, the already joined components are moved relative to each other (which is done by appropriate devices), which due to several effects, a significant increase in the connection strength of the respective shaft-hub-press connection is achieved.
Zum Stand der Technik wird auf die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, dass die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht aufweist oder zumindest einen Nachteil nur in vermindertem Umfang aufweist.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned that the disadvantages associated with the prior art does not have or at least has a disadvantage only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit den nebengeordneten Ansprüche erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf erfindungsgemäße Baueinheiten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen. Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind somit gleichermaßen bauliche Merkmale der erfindungsgemäßen Baueinheit und umgekehrt.This object is achieved by a method according to the invention with the features of claim 1. With the independent claims, the solution of the problem extends to building units according to the invention, which were prepared by the method according to the invention. Preferred developments and refinements emerge analogously for all subjects according to the invention both from the dependent claims and from the following explanations. Features of the method are thus equally structural features of the assembly of the invention and vice versa.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden einer Wellenkomponente mit einer Nabenkomponente durch eine bzw. mittels Welle-Nabe-Pressverbindung, wozu wenigstens eine der Fügeflächen an der Wellenkomponente und/oder der Nabenkomponente vor dem Fügen mit einer dünnen Metallschicht (bzw. Lotschicht) beschichtet wird und nach dem Fügen wenigstens ein Trainiervorgang mit einer alternierenden (auf die zuvor herbeigeführte Welle-Nabe-Pressverbindung einwirkenden) Drehbelastung durchgeführt wird, um die Verbindungsfestigkeit der erzeugten bzw. bestehenden Welle-Nabe-Pressverbindung zu steigern, zeichnet sich dadurch aus, dass bei diesem Trainiervorgang die Amplituden der alternierenden Drehbelastung unterhalb und insbesondere deutlich unterhalb eines von der Welle-Nabe-Pressverbindung zu übertragenden Nenndrehmoments liegen.The inventive method for connecting a shaft component with a hub component by means of a shaft-hub press connection, for which at least one of the joining surfaces on the shaft component and / or the hub component before joining with a thin metal layer (or solder layer) is coated and after the joining is performed at least one training operation with an alternating (on the previously induced shaft-hub press-connection acting) rotational load to increase the connection strength of the generated or existing shaft-hub-press connection, characterized in that in this training process the Amplitudes of the alternating rotational load below and in particular well below a to be transmitted from the shaft-hub press connection nominal torque.
In anderen Worten formuliert heißt dies, dass während des Trainiervorgangs die maximalen Drehmomente, die auf die zuvor erzeugte Welle-Nabe-Pressverbindung zum Zwecke der Festigkeitssteigerung aufgebracht werden, niedriger und insbesondere deutlich niedriger sind, als das später im Normalbetrieb der miteinander verbundenen Komponenten maximal auftretende Nenndrehmoment, für das die Komponenten bzw. Bauteile und die Welle-Nabe-Pressverbindung konstruktiv ausgelegt sind.In other words, during the training process, the maximum torques applied to the previously produced shaft-hub press connection for the purpose of increasing strength are lower, and in particular significantly lower, than the maximum occurring later during normal operation of the interconnected components Nominal torque for which the components or components and the shaft-hub press connection are designed constructively.
Beim herkömmlichen Trainieren liegen die auf die Welle-Nabe-Pressverbindung aufgebrachten Drehmomente typischerweise deutlich oberhalb des Nenndrehmoments (wobei das Nenndrehmoment bereits mehrere Tausend Newtonmeter betragen kann), weshalb die miteinander gefügten Komponenten bzw. Bauteile wegen dieser Belastung stabiler (über Solllast) und somit teurer und schwerer bzw. massiger ausgelegt werden müssen, als für den Betrieb unter normalen Betriebsbedingungen erforderlich.In conventional training, the torques applied to the shaft-hub interference fit are typically well above the rated torque (where the rated torque may already be several thousand newton meters), which makes the components coupled together more stable (over target load) and thus more expensive and be designed to be heavier than required for operation under normal operating conditions.
Überraschender Weise hat sich jedoch gezeigt, dass auch bei einem Trainieren mit geringeren Drehmomenten eine deutliche Steigerung der Verbindungsfestigkeit der betreffenden Welle-Nabe-Pressverbindung erreicht wird (eine erhebliche Steigerung der Verbindungsfestigkeit kann auch dann erreicht werden, wenn es beim Trainieren zu keiner erkennbaren Relativbewegung bzw. Verschiebung zwischen den Komponenten kommt), unter Umgehung der genannten Nachteile. Besonders vorteilig ist, dass die Komponenten bzw. Bauteile im Hinblick auf das Trainieren konstruktiv nicht überdimensioniert werden müssen. Surprisingly, however, it has been shown that even with a training with lower torques, a significant increase in the connection strength of the respective shaft-hub-press connection is achieved (a significant increase in the connection strength can also be achieved if it during training to no discernible relative movement or Shifting between the components comes), bypassing the mentioned disadvantages. It is particularly advantageous that the components or components in terms of training need not be oversized constructively.
Das erfindungsgemäße Trainieren einer Welle-Nabe-Pressverbindung erfolgt mit einer alternierenden Drehbelastung, wobei die betroffene Welle-Nabe-Pressverbindung zuerst in die erste Drehrichtung, dann in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung, dann wieder in die erste Drehrichtung, und so weiter, belastet wird. Dies kann mit einer entsprechenden Vorrichtung bewerkstelligt werden. Eine solche alternierende Drehbelastung zum Zwecke des Trainierens kann nach verschiedenen Zeitfunktionen erfolgen, bspw. nach einer Sinusfunktion, einer Trapezfunktion, einer Dreieckfunktion, einer Rechteckfunktion und dergleichen. Diese Zeitfunktionen können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Eine Axialbelastung der Welle-Nabe-Pressverbindung zum Zwecke des Trainierens ist vorzugsweise nicht vorgesehen. Gleichwohl kann aber auch ein solches axiales Trainieren der betroffenen Welle-Nabe-Pressverbindung, insbesondere zusätzlich zur Drehbelastung, vorgesehen sein.The inventive training a shaft-hub-press connection is made with an alternating rotational load, wherein the affected shaft-hub-press connection first in the first direction of rotation, then in the opposite second direction of rotation, then again in the first direction of rotation, and so on. This can be done with a corresponding device. Such an alternating rotational loading for the purpose of training can be carried out according to different time functions, for example according to a sine function, a trapezoidal function, a triangular function, a rectangular function and the like. These time functions can be symmetric or asymmetrical. An axial load of the shaft-hub-press connection for the purpose of training is preferably not provided. However, such an axial training of the affected shaft-hub-press connection, in particular in addition to the rotational load, may also be provided.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die in der ersten Drehrichtung und die in der zweiten Drehrichtung aufgebrachten Amplituden ihrem Betrag nach gleich sind. Die Amplituden können sich jedoch auch unterscheiden. Ferner ist es möglich, sich über der Zeit verändernde Amplituden zu verwenden. Vorrangig wird im Rahmen der Erfindung unter einer Amplitude ein Maximalwert der alternierenden und sich somit zeitlich verändernden Drehbelastung verstanden, insbesondere bezüglich eines Mittelwerts von NULL Newtonmeter (0 Nm). Im Übrigen ist es denkbar, beim erfindungsgemäßen Trainieren die alternierende Drehbelastung einer statischen Drehbelastung zu überlagern.It is preferably provided that the amplitudes applied in the first direction of rotation and in the second direction of rotation are equal in magnitude. However, the amplitudes can also differ. Furthermore, it is possible to use time varying amplitudes. In the context of the invention, an amplitude is understood to mean, for the most part, a maximum value of the alternating and thus time-varying rotational load, in particular with respect to an average value of zero Newton meters (0 Nm). Incidentally, it is conceivable to superimpose the alternating rotational load of a static rotational load during training according to the invention.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Amplituden der alternierenden Drehbelastung beim Trainieren kleiner 75%, bevorzugt kleiner 50%, besonders bevorzugt kleiner 45% und insbesondere kleiner 40% des Nenndrehmoments sind.It is preferably provided that the amplitudes of the alternating rotational load during training are less than 75%, preferably less than 50%, particularly preferably less than 45% and in particular less than 40% of the rated torque.
Die alternierende Drehbelastung beim Trainieren ist idealerweise niederfrequent und beträgt vorzugsweise weniger als 10 Hz und liegt insbesondere im Bereich zwischen 2 Hz und 8 Hz.The alternating rotational load during training is ideally low frequency and is preferably less than 10 Hz and is in particular in the range between 2 Hz and 8 Hz.
Bevorzugter Weise sind die Wellenkomponente und die Nabenkomponente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden bzw. gefügt werden sollen, zumindest im Bereich ihrer Fügeflächen, aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Selbst in diesem Fall lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr belastbare und somit sichere Welle-Nabe-Pressverbindung zwischen diesen Komponenten herstellen.Preferably, the wave component and the hub component, which are to be joined or joined with the method according to the invention, at least in the region of their joining surfaces, formed of different materials. Even in this case can be produced with the inventive method a very reliable and thus safe shaft-hub press connection between these components.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wellenkomponente, zumindest im Bereich ihrer Fügefläche, aus einem Metallgusswerkstoff, vorzugsweise aus einem Gusseisenwerkstoff und insbesondere aus einem Temperguss (bspw. einem GJMW-Werkstoff) gebildet ist. Auch in diesem Fall kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr belastbare und somit sichere Welle-Nabe-Pressverbindung hergestellt werden.It is particularly preferably provided that the shaft component, at least in the region of its joining surface, is formed from a metal casting material, preferably from a cast iron material and in particular from a malleable cast iron (for example a GJMW material). Also in this case can be made with the inventive method a very reliable and thus safe shaft-hub press connection.
Eine erfindungsgemäße Baueinheit umfasst eine Wellenkomponente (erstes Bauteil) und eine Nabenkomponente (zweites Bauteil) die mittels einer mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten bzw. hergestellten Welle-Nabe-Pressverbindung drehfest miteinander gefügt bzw. verbunden sind.An assembly according to the invention comprises a shaft component (first component) and a hub component (second component) which are joined or connected to one another in a rotationally fixed manner by means of a shaft-hub press connection produced or produced by a method according to the invention.
Insbesondere ist vorgesehen, dass es sich bei einer solchen Baueinheit um eine Baueinheit für ein Achsdifferenzialgetriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, handelt, wobei diese Baueinheit ein Differenzialgehäuse (erste Komponente bzw. erstes Bauteil) und ein Antriebsrad (zweite Komponente bzw. zweites Bauteil) umfasst und das die Wellenkomponente bildende Differenzialgehäuse und das die Nabenkomponente bildende Antriebsrad mittels einer mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten bzw. hergestellten Welle-Nabe-Pressverbindung drehfest miteinander gefügt bzw. verbunden sind.In particular, it is provided that such a structural unit is a structural unit for an axle differential drive of a motor vehicle, in particular a passenger car, wherein this structural unit is a differential housing (first component or first component) and a drive wheel (second component or second component). and the differential housing forming the shaft component and the drive wheel forming the hub component are non-rotatably joined or connected to one another by means of a shaft-hub press connection produced or produced by a method according to the invention.
Die Erfindung umfasst demnach also auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Baueinheit (bzw. Baugruppe) für ein Achsdifferenzialgetriebe, umfassend ein Differenzialgehäuse (erste Komponente) und ein Antriebsrad (zweite Komponente) die durch bzw. mittels einer Welle-Nabe-Pressverbindung verbunden sind, wozu wenigstens eine der Fügeflächen am Differenzialgehäuse und/oder am Antriebsrad vor dem Fügen mit einer dünnen Metallschicht beschichtet wird und nach dem Fügen ein Trainiervorgang mit einer alternierenden Drehbelastung durchgeführt wird, um die Verbindungsfestigkeit der erzeugten Welle-Nabe-Pressverbindung zu steigern, wobei vorgesehen ist, dass bei diesem Trainiervorgang die Amplituden der alternierenden Drehbelastung unterhalb des von der Welle-Nabe-Pressverbindung (zwischen dem Differenzialgehäuse und dem Antriebsrad) zu übertragenden Nenndrehmoments liegen.Accordingly, the invention also includes a method for producing such an assembly (or assembly) for an axle differential, comprising a differential housing (first component) and a drive wheel (second component) which are connected by means of a shaft-hub-press connection, for which at least one of the joining surfaces on the differential housing and / or on the drive wheel is coated with a thin metal layer prior to joining and after the joining a training operation with an alternating rotational load is performed to increase the connection strength of the generated shaft-hub-press connection, is provided in that during this training operation, the amplitudes of the alternating rotational loading are below the rated torque to be transmitted by the shaft-hub interference fit (between the differential housing and the drive wheel).
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Antriebsrad direkt außen auf dem Differentialgehäuse angeordnet ist, wozu sowohl das Differentialgehäuse als auch das Antriebsrad entsprechende Fügeflächen aufweisen. Das Antriebsrad ist vorzugsweise als Tellerrad ausgebildet. It is preferably provided that the drive wheel is arranged directly outside on the differential housing, for which purpose both the differential housing and the drive wheel have corresponding joining surfaces. The drive wheel is preferably designed as a ring gear.
Das Differentialgehäuse ist vorzugsweise aus einem Gusseisenwerkstoff und insbesondere aus einem Temperguss (bspw. einem GJMW-Werkstoff) gebildet. Das Antriebsrad kann z. B. aus einem gängigen Einsatzstahl-Werkstoff (bspw. 16MnCr5) gebildet sein. Bei einer solchen Werkstoffkombination ist ein Verschweißen der Komponenten zum Herstellen einer drehfesten Welle-Nabe-Verbindung nicht oder nur eingeschränkt möglich, wobei die Erfindung hier Abhilfe schafft. Auch im Übrigen bietet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Herstellen einer Welle-Nabe-Pressverbindung gegenüber dem Verschweißen deutliche Vorteile, wie bspw. eine geringere Baueinheitenbaugröße und -masse, einen einfacheren Fügeprozess, geringere Anlagen-, Material-, Fertigungs- und Energiekosten, eine weitgehende Werkstoffunabhängigkeit hinsichtlich der Fügepartner und dergleichen mehr.The differential housing is preferably formed from a cast iron material and in particular from a malleable cast iron (for example a GJMW material). The drive wheel can, for. B. from a common case steel material (eg. 16MnCr5) may be formed. In such a combination of materials welding of the components for producing a rotationally fixed shaft-hub connection is not or only partially possible, the invention remedy this. Incidentally, the invention proposed producing a shaft-hub press connection compared to the welding offers significant advantages, such as. A smaller structural unit size and mass, a simpler joining process, lower equipment, material, manufacturing and energy costs, a substantial material independence the joining partner and the like more.
Bevorzugter Weise handelt es sich bei der Welle-Nabe-Pressverbindung um einen so genannten Querpressverband bzw. um eine so genannte Querpressverbindung. Alternativ kann es sich um einen so genannten Längspressverband handeln. Querpressverbände und Längspressverbände sowie deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Eine zur Erfindung gehörende Welle-Nabe-Pressverbindung weist jedoch eine metallische Zwischenschicht zwischen den korrespondierenden Fügeflächen auf, was bei der Herstellung der Welle-Nabe-Pressverbindung zu berücksichtigen ist. Als metallische Beschichtung bzw. als metallische Zwischenschicht kommen bspw. Zink, Kupfer, Aluminium oder Nickel in Betracht.The shaft-hub press connection is preferably a so-called transverse press fit or a so-called transverse press connection. Alternatively, it may be a so-called longitudinal compression bandage. Cross press dressings and longitudinal press dressings and their production are known in the art. However, a shaft-hub press connection according to the invention has a metallic intermediate layer between the corresponding joining surfaces, which has to be considered in the production of the shaft-hub press connection. As a metallic coating or as a metallic intermediate layer, for example, zinc, copper, aluminum or nickel come into consideration.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.The invention is explained in more detail below by way of example and not by way of limitation with reference to the schematic figures. However, the features shown in the figures and / or explained below may, regardless of specific feature combinations, be general features of the invention.
Das Differentialgehäuse
Zum Herstellen der Welle-Nabe-Pressverbindung
Im Anschluss und insbesondere direkt im Anschluss an das Fügen der Bauteile
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Amplituden der alternierenden Drehbelastung A/B unterhalb des von der Welle-Nabe-Pressverbindung
Das maximal im Betrieb des Achsdifferenzialgetriebes auftretende Übertragungsmoment, für das sowohl die Bauteile
Der mit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Baueinheit, BaugruppeAssembly, assembly
- 200200
- Differentialgehäusedifferential case
- 205205
- Ringschulterannular shoulder
- 210210
- Bolzen, ZapfenBolts, spigots
- 221221
- Ausgleichskegelradpinion
- 222222
- Ausgleichskegelradpinion
- 231231
- Achswellenkegelradside gear
- 232232
- Achswellenkegelradside gear
- 300300
- Antriebszahnraddrive gear
- 310310
- Radkörper, GrundkörperWheel body, basic body
- 320320
- Verzahnunggearing
- 400400
- Welle-Nabe-PressverbindungShaft-hub connection Press
- 410410
- metallische Zwischenschichtmetallic intermediate layer
- AA
- erste Drehrichtungfirst direction of rotation
- BB
- zweite Drehrichtungsecond direction of rotation
- MM
- Drehmomenttorque
- MNenn M nominal
- Nenndrehmomentrated torque
- M*M *
- Amplitudeamplitude
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
- mm
- Drehmomentenverlauftorque curve
- tt
- ZeitTime
- 00
- NULL-WertNULL value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008035438 A1 [0005] DE 102008035438 A1 [0005]
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |