-
Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen permanent eingespurten Starter mit einem Zahnkranzträger und einem Lageraußenring aus unterschiedlichen Stahlwerkstoffen
-
Beschreibung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs, aufweisend einen Zahnkranzträger und einen Lageraußenring.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Drehmomentübertragungsvorrichtungen für einen permanent eingespurten Starter bekannt. Aus der
WO 2007/148228 A1 ist bekannt, ein Trägerblech eines permanent eingespurten Starters, mittels eines Laserschweißverfahrens an einen Außenring anzuschließen.
-
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass lediglich strukturell ähnliche Materialien miteinander verbindbar sind. Ferner werden infolge des Anschweißens des Trägerblechs an den Außenring Hartdrehoperationen nach dem ganzheitlichen Härten nötig, was mit höheren Kosten verbunden ist.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es besteht somit die technische Aufgabe, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zu entwickeln, die die Nachteile aus dem Stand der Technik überkommt.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs, aufweisend einen Zahnkranzträger und einen Lageraußenring, wobei der Zahnkranzträger und der Lageraußenring miteinander verbunden sind und jeweils aus einem Stahlwerkstoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der sich vom Kohlenstoffgehalt des Zahnkranzträgers unterscheidet.
-
Der Kohlenstoffgehalt des Stahlwerkstoffs für den Lageraußenring unterscheidet sich damit von dem Kohlenstoffgehalt des Stahlwerkstoffs für den Zahnkranzträger.
-
Auf diese Weise wird eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs geschaffen, bei dem sich der Kohlenstoffgehalt des Lageraußenrings von dem Kohlenstoffgehalt des Zahnkranzträgers unterscheidet.
-
Vorzugsweise ist der Zahnkranzträger ausgelegt, einen Zahnkranz aufzunehmen. Bevorzugt ist der Zahnkranz mit dem Zahnkranzträger mittels eines üblichen Schweißverfahrens verbunden.
-
Bevorzugt kämmt der Zahnkranz eine Welle eines Startermotors, wobei der Startermotor im Betrieb eine Drehung des Zahnkranzträgers bewirkt.
-
Bevorzugt ist ein Lager zur Abkopplung der Differenzdrehzahlen zwischen einer Brennkraftdrehmaschine und dem Startermotor vorgesehen. Das Lager ist vorzugsweise als ein Kugellager, insbesondere als ein Schrägwälzkugellager, ausgebildet.
-
Bevorzugt ist ein Rollenfreilauf vorgesehen, der ausgelegt ist, ein vom Startermotor erzeugtes Drehmoment in einer Richtung auf eine Kurbelwellenseite zu übertragen und gleichzeitig die Übertragung in die andere Richtung zu verhindern.
-
Bevorzugt sind der Lagerinnenring und der Lageraußenring jeweils einstückig ausgeführt.
-
Bevorzugt weist der Lageraußenring einen Bereich mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt auf. Bevorzugt weist die Drehmomentübertragungsvorrichtung einen Lagerinnenring auf, der ebenfalls einen Bereich mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt aufweist.
-
Besonders bevorzugt ist der Lagerinnenring ausgelegt, über seinen annähernd U-förmigen Querschnitt einen Rollenfreilauf, ein Lager sowie einen Teilbereich des U-förmigen Querschnitts des Lageraußenrings aufzunehmen.
-
Auf diese Weise kann ein Drehmoment vom Zahnkranzträger und dem Zahnkranz auf den Lageraußenring übertragen werden.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Lageraußenring einen Kohlenstoffgehalt von über 0,35 Massenprozent auf, wobei der Zahnkranzträger einen Kohlenstoffgehalt bis zu 0,35 Massenprozent aufweist.
-
Bevorzugt weist der Lageraußenring einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,45 bis 0,65 Massenprozent auf, wobei der Zahnkranzträger einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,22 bis 0,35 Massenprozent aufweist.
-
Besonders bevorzugt weist der Lageraußenring einen Kohlenstoffgehalt von 0,65 Massenprozent auf, wobei der Zahnkranzträger einen Kohlenstoffgehalt von 0,35 Massenprozent aufweist.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Zahnkranzträger mit dem Lageraußenring mittels einer Nietverbindung, oder durch Kondensatorentladungsschweißen oder Reibschweißen verbunden.
-
Auf diese Weise ist es möglich, den Lageraußenring und den Zahnkranzträger zu verbinden, obgleich sich der Kohlenstoffgehalt des Stahlwerkstoffs für den Lageraußenring vom Kohlenstoffgehalt des Stahlwerkstoffs für den Zahnkranzträger unterscheidet.
-
Bevorzugt wird mindestens eine Schweißnaht erzeugt, die den Zahnkranzträger mit dem Lageraußenring verbindet.
-
Bevorzugt werden Nietverbindungen zum Fügen von Bauteilen, wie Blechteilen, eingesetzt. Unter einem Nietvorgang oder einem Nieten wird die fachgerechte Anbringung einer Nietverbindung verstanden.
-
Besonders bevorzugt ist die Nietverbindung eine Vollniet-, Bindniet- oder eine Stanznietverbindung.
-
Bevorzugt werden beim Reibschweißen zwei Teile unter Druck relativ zueinander bewegt, wobei sich die Teile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials. Am Ende des Reibvorganges ist es von entscheidender Bedeutung, die Teile richtig zueinander zu positionieren und einen hohen Druck auszuüben.
-
Dabei ist die so genannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner als bei anderen Schweißverfahren, wobei es nicht zur Bildung von Schmelze entlang einer Fügezone kommt. Mit dem Reibschweißen ist es möglich, eine Vielzahl von Werkstoffen, wie beispielsweise Stahlwerkstoffe mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt, miteinander zu verschweißen. Auch die Verbindung von metallischen Werkstoffen, die keine Legierungen miteinander eingehen, ist vielfach möglich.
-
Bevorzugt lassen sich Stahlwerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt bis ca. 0,60 Massenprozent beim KE-Schweißen schweißen.
-
Bei einem Kohlenstoffgehalt des Lageraußenrings im Bereich von 0,45 bis 0,60 Massenprozent und einen Kohlenstoffgehalt des Zahnkranzträgers im Bereich von 0,22 bis 0,35 Massenprozent lassen sich beide Bauteile mittels des KE-Schweißens optimal verbinden.
-
Das Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen) unterscheidet sich vom konventionellen Widerstandsschweißen dadurch, dass die Energie eines vorher geladenen Kondensators über einen Impulstransformator auf das Werkstück abgegeben wird. Vorteile dieses Verfahrens sind sehr hohe Schweißströme, der steile Stromanstieg, die kurze Schweißzeit und somit durch die Energiekonzentration eine kleinere Wärmeeinflusszone im Bauteil. Außerdem entstehen in der Stromeinspeisung keine hohen Stromspitzen, weil die Kondensatoren relativ langsam geladen werden. Mit dem Reibschweißen ist es möglich, eine Vielzahl von Werkstoffen, wie beispielsweise Stahlwerkstoffe mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt, miteinander zu verschweißen.
-
Bevorzugt lassen sich Stahlwerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt bis ca. 0,65 Massenprozent beim Reibschweißen schweißen.
-
Bei einem Kohlenstoffgehalt des Lageraußenrings im Bereich von 0,45 bis 0,65 Massenprozent und einen Kohlenstoffgehalt des Zahnkranzträgers im Bereich von 0,22 bis 0,35 Massenprozent lassen sich beide Bauteile mittels des Reibschweißens optimal verbinden.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Kondensatorentladungsschweißen oder Reibschweißen ausgelegt, mittels mindestens einer Schweißnaht den Zahnkranzträger mit dem Lageraußenring stoffschlüssig zu verbinden.
-
Auf diese Weise ist es möglich, unterschiedliche Stahlwerkstoffe stoffschlüssig miteinander zu verbinden.
-
Stoffschlüssige Verbindungen sind vorzugsweise alle Verbindungen, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden, bspw. eine Schweißnaht. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Nietverbindung ausgelegt, mittels mindestens eines Niets den Zahnkranzträger mit dem Lageraußenring formschlüssig zu verbinden.
-
Auf diese Weise ist ein Formschluss mittels eines einfachen Verbindungsmittels zu erreichen.
-
Vorzugsweise ist bei einer formschlüssigen Verbindung einer der Verbindungspartner einem anderen im Weg.
-
Bevorzugt ist der Niet ein plastisch verformbares, zylindrisches Verbindungselement. Bevorzugt wird bei einer die Kaltnietung eine formschlüssige Nietverbindung zweier Bauteile hergestellt. Besonders bevorzugt entsteht bei einer Warmnietung beim Abkühlen des Niets durch Schrumpfen zusätzlich ein Kraftschluss.
-
Der Niet wird bevorzugt aus Stahl, Kupfer, Messing, Aluminiumlegierungen, Kunststoff und Titan hergestellt. Ein industriell gefertigter Niet hat vorzugsweise an einem Ende einen vorgefertigten Setzkopf. Am anderen Ende wird mit verschiedenen Nietwerkzeugen ein Schließkopf gefertigt, um eine Nietverbindung zu schließen.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Niet als ein Flachkopfniet ausgebildet.
-
Auf diese Weise kann axialer Bauraum in der Drehmomentübertragungsvorrichtung eingespart werden.
-
Bevorzugt weist der Flachkopfniet an seinen beiden Enden, dem Schließkopf und dem Setzkopf, im montierten Zustand annähernd ebene bis abgerundete Endbereiche auf.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Zahnkranzträger und der Lageraußenring mindestens eine gemeinsame Ausnehmung zur Aufnahme des Niets auf.
-
Auf diese Weise ist eine einfache Montage des Niets möglich.
-
Vorzugsweise ist die Ausnehmung ein in den der Zahnkranzträger und den Lageraußenring mittels Bohrung eingebrachtes Loch.
-
Bevorzugt weist die gemeinsame Ausnehmung einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser eines Nietschafts des Niets ist.
-
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs, aufweisend eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, wie oben beschrieben. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Drehmomentübertragungsvorrichtung umfassend einen Zahnkranzträgers und einen Lageraußenring für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs aufweisend den Schritt:
- – stoffschlüssiges Verbinden des Zahnkranzträgers mit dem Lageraußenring mittels Kondensatorentladungsschweißen oder Reibschweißen, oder
- – formschlüssiges Verbinden des Zahnkranzträgers mit dem Lageraußenring mittels einer Nietverbindung.
-
Bevorzugt weist das Verfahren die bereits oben beschriebenen Merkmale der Drehmomentübertragungsvorrichtung auf.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht, dabei zeigt
-
1 einen schematischen Schnitt durch Teile eines permanent eingespurten Starters mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung und
-
2 einen schematischen Schnitt durch Teile eines permanent eingespurten Starters mit einer alternativen erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch Teile eines permanent eingespurten Starters mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
-
Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 20 wird für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs verwendet. Die dargestellten Teile der Drehmomentübertragungsvorrichtung 20 sind ein Zahnkranzträger 1, ein Zahnkranz 2, zwei Schweißnähte 3, ein Lagerinnenring 5, ein Lageraußenring 6, ein Rollenfreilauf 7, ein Schrägkugellager 8, eine Aussparung 9 sowie ein Radialwellendichtring 10.
-
Der Zahnkranz 2 ist fest mit dem Zahnkranzträger 1 mittels eines üblichen Schweißverfahrens verbunden.
-
Unter Anwendung des Kondensatorentladungsschweißens oder des Reibschweißens werden zwei Schweißnähte 3 erzeugt, die den Zahnkranzträger 1 mit dem Lageraußenring 6 verbinden. Dabei sind die Schweißnähte als V-Nähte ausgebildet. Die eine Schweißnaht ist annähernd kreisförmig entlang einer Seite des Zahnkranzträgers 1 und im oberen Bereich des Lageraußenrings 6 aufgebracht. Die andere Schweißnaht ist annähernd kreisförmig entlang einer Seite des Lageraußenrings 6 und im unteren Bereich des Zahnkranzträgers 1 aufgebracht.
-
Der Zahnkranzträger 1 und der Lageraußenring 6 bestehen aus Stahlwerkstoffen. Der Stahlwerkstoff des Zahnkranzträgers 1 und der Stahlwerkstoff des Lageraußenrings 6 weisen unterschiedliche Kohlenstoffgehalte auf. Der Lageraußenring 6 weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,60 Massenprozent auf. Der Zahnkranzträger 1 weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,35 Massenprozent auf.
-
Der Lageraußenring 6 weist einen Abschnitt mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt auf. Der Lagerinnenring 5 weist ebenfalls einen Abschnitt mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt auf.
-
Der Lagerinnenring 5 ist ausgelegt, über seinen annähernd U-förmigen Querschnitt den Rollenfreilauf 7, das Schrägkugellager 8 sowie einen Teilbereich des U-förmigen Querschnitts des Lageraußenrings 6 aufzunehmen.
-
Ferner ist noch die Aussparung 9 im Zahnträgerkranz 1 vorgesehen, um eine Entlüftung des Zahnkranzträgers 1 zu ermöglichen.
-
Zur Abdichtung des Lageraußenrings 6 zum Lagerinnenring 5 hin, ist der Radiallagerwellendichtring 10 vorgesehen.
-
Mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung können strukturell unterschiedliche Stahlwerkstoffe miteinander verbunden werden.
-
2 einen schematischen Schnitt durch Teile eines permanent eingespurten Starters mit einer alternativen erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
-
Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 20 wird für einen permanent eingespurten Starter für ein Start-Stopp-System eines Fahrzeugs verwendet. Die dargestellten Teile des permanent eingespurten Starters sind ein Zahnkranzträger 1, ein Zahnkranz 2, ein Niet 4, ein Lagerinnenring 5, ein Lageraußenring 6, ein Rollenfreilauf 7, ein Schrägkugellager 8, eine Aussparung 9 sowie ein Radialwellendichtring 10.
-
Der Zahnkranz 2 ist fest mit dem Zahnkranzträger 1 mittels eines üblichen Schweißverfahrens verbunden.
-
Mittels des Niets 4 ist der Zahnkranzträger 1 an den Lageraußenring 6 angeschlossen. Der Niet 4 verbindet diese beiden Bauteile miteinander. Der Niet 4 ist als Flachkopfniet ausgebildet.
-
Der Zahnkranzträger 1 und der Lageraußenring 6 weisen mindestens eine gemeinsame Ausnehmung zur Aufnahme des Niets 4 auf. Die Ausnehmung ist eine kreisrunde Bohrung durch den Zahnkranzträger 1 und den Lageraußenring 6.
-
Die eine Bohrung ist im oberen Bereich des Lageraußenrings 6 eingebracht. Die andere Bohrung ist im unteren Bereich des Zahnkranzträgers 1 eingebracht.
-
Der Zahnkranzträger 1 und der Lageraußenring 6 bestehen aus Stahlwerkstoffen. Der Stahlwerkstoff des Zahnkranzträgers 1 und der Stahlwerkstoff des Lageraußenrings 6 weisen unterschiedliche Kohlenstoffgehalte auf. Der Lageraußenring 6 weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,65 Massenprozent auf. Der Zahnkranzträger 1 weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,25 Massenprozent auf.
-
Der Lageraußenring 6 weist einen Abschnitt mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt auf. Der Lagerinnenring 5 weist ebenfalls einen Abschnitt mit einem annähernd U-förmigen Querschnitt auf.
-
Der Lagerinnenring 5 ist ausgelegt, über seinen annähernd U-förmigen Querschnitt den Rollenfreilauf 7, das Schrägkugellager 8 sowie einen Teilbereich des U-förmigen Querschnitts des Lageraußenrings 6 aufzunehmen.
-
Ferner ist noch die Aussparung 9 im Zahnträgerkranz 1 vorgesehen, um eine Entlüftung des Zahnkranzträgers 1 zu ermöglichen.
-
Zur Abdichtung des Lageraußenrings 6 zum Lagerinnenring 5 hin, ist der Radiallagerwellendichtring 10 vorgesehen.
-
Mit der alternativen erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist es ebenfalls möglich strukturell unterschiedliche Stahlwerkstoffe miteinander zu verbinden, ohne dass Hartdrehoperationen notwendig werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zahnkranzträger
- 2
- Zahnkranz
- 3
- Schweißnaht
- 4
- Niet
- 5
- Lagerinnenring
- 6
- Lageraußenring
- 7
- Rollenfreilauf
- 8
- Schrägkugellager
- 9
- Aussparung
- 10
- Radialwellendichtring
- 20
- Drehmomentübertragungsvorrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
