DE102018125026A1

DE102018125026A1 - Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes und aktiver Wankstabilisator eines Kraftfahrzeuges mit diesem Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102018125026A1
Application number: DE102018125026.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Zwosta; Markus Holzberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-04-16
Also published as: WO2020074029A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes (7), dessen aus Stahl gebildetes Sonnenrad (8) fest mit einem aus Stahl gebildeten Planetenträger (9) verbunden ist, wobei das ungehärtete Sonnenrad (8) und der ungehärtete Planetenträger (9) mittels Laserschweißen fest miteinander verbunden und anschließend gemeinsam mittels Einsatzhärten wärmebehandelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes sowie einen aktiven Wankstabilisator eines Kraftfahrzeuges mit diesem Planetengetriebe.
Aus DE10 2014 205 261 A1 ist ein aktiver Wankstabilisator bekannt geworden mit einem zwischen zwei Drehstabteilen angeordneten Aktuator, dessen Gehäuse an das eine Drehstabteil und dessen Abtriebswelle an das andere Drehstabteil angeschlossen ist. Zwischen dem gehäusefesten Motor und der Abtriebswelle des Aktuators ist ein dreistufiges Planetengetriebe angeordnet. Die mittlere Planetenstufe weist ein Sonnenrad auf, das fest mit einem Planetenträger verbunden ist.
Derartige Wankstabilisatoren sind im Betrieb großen Belastungen ausgesetzt, die im Bereich von 1500 Nm liegen können. In der mittleren Planetenstufe wirken bei diesen hohen Drehmomenten große Kräfte, die eine zuverlässige Verbindung zwischen Planetenträger und Sonnenrad erforderlich machen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Planetengetriebe anzugeben, das in großen Stückzahlen preiswert hergestellt werden kann und das eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger gewährleistet.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes gemäß Anspruch 1 gelöst. Zunächst werden in bekannter Weise das Sonnenrad und der Planetenträger aus Stahl gebildet.
Das ungehärtete Sonnenrad und der ungehärtete Planetenträger werden mittels Laserschweißen fest miteinander verbunden zu einer Schweißbaugruppe. Bis zu diesem Fügen bleiben die Bauteile demzufolge weich. Das Laserschweißen ermöglicht eine schmale und schlanke Schweißnahtform. Sonnenrad und Planetenträger können ohne nennenswerten thermischem Verzug miteinander gefügt werden.
Der Brennfleck des Lasers besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese je nach Werkstoff sehr hart. Die durch das Laserschweißen entstandene Wärmeeinflusszone hat ein Gefüge dessen Eigenschaften sich von den Eigenschaften des Gefüges außerhalb der Wärmeeinflusszone unterscheiden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird diese Schweißbaugruppe mittels Einsatzhärten wärmebehandelt. Das Einsatzhärten umfasst das Aufkohlen, Härten und Anlassen der miteinander gefügten Teile. Ziel des Einsatzhärtens ist ein weicher und zäher Kern bei gleichzeitig harter Oberfläche des Werkstoffs. Die Randschicht des Werkstücks wird in einem geeigneten Aufkohlungsmedium mit Kohlenstoff angereichert.
Im Anschluss an die Aufkohlung wird das Härten und Anlassen durchgeführt. Hierdurch wird die Randhärte und Einsatzhärtungstiefe eingestellt.
Während der Wärmebehandlung wird die Rekristallisationstemperatur der Werkstoffe überschritten, dadurch bilden sich die verschiedenen Gefüge in der Wärmeeinflusszone des Lasers zurück zu einem einheitlichen, feinkörnigen Gefüge der miteinander gefügten Teile. Die Wärmeeinflusszone kann durch diese Wärmebehandlung vollkommen zurückgebildet werden. Gleichzeitig wird am gesamten Bauteil eine definierte Oberflächenhärte und Einhärtezone hergestellt. Die Festigkeit der Fügestelle ist deutlich erhöht.
Insbesondere das Niederdruckaufkohlen im Vakuum mit Hochdruckgasabschreckung erweist sich als sehr vorteilhaft mit Blick auf einen möglichst geringen Verzug des Sonnenrades aus.
Vorzugsweise weisen der Planetenträger eine Zentralöffnung und das Sonnenrad an einem axialen Ende am Außenumfang einen Planetenträgersitz auf, der in die Zentralöffnung des Planetenträgers eingesetzt wird und anschließend wird das Sonnenrad mit dem Planetenträger mittels Laserschweißen fest miteinander verbunden. Mit dieser Maßnahme ist ein serientechnisch günstiger Aufbau der zu fügenden Teile sichergestellt. Der Planetenträger kann aus wenigstens einem in einem Umformverfahren geformten Blechteil gebildet sein, dessen scheibenförmiger Trägerabschnitt mit der Zentralöffnung zur Aufnahme des Planetenträgersitzes versehen ist. Während des Fügens schmilzt Werkstoff sowohl an dem Planetenträger im Bereich von dessen Zentralöffnung als auch an dem Sonnenrad im Bereich von dessen Planetenträgersitz auf.
Vorzugsweise ist das Sonnenrad als Hohlteil mit am Außenumfang angeordneten Zähnen ausgebildet, wobei das Hohlteil an einem Ende den Planetenträgersitz zur Aufnahme des Planetenträgers aufweist. Ausgangsmaterial für diese Hohlteile kann ein Rohr sein, von dem diese Hohlteile abgelängt werden. Daraus hergestellte Sonnenräder sind vom Gewicht her leicht und somit insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen geeignet.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Planetengetriebe ist geeignet als Bauelement eines aktiven Wankstabilisators eines Kraftfahrzeuges. Der Wankstabilisator weist einen zwischen zwei Drehstabteilen angeordneten Aktuator auf, dessen Gehäuse mit dem einen Drehstabteil und dessen Abtriebswelle mit dem anderen Drehstabteil drehfest verbunden sind. Zwischen dem gehäusefesten Motor des Aktuators und dessen Abtriebswelle ist das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Planetengetriebe angeordnet.
Vorzugsweise ist dieses dreistufige Planetengetriebe in seiner mittleren Planetenstufe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet. Benachbarte Planetenstufen können in gleicher Weise hergestellt sein.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt vier Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen aktiven Wankstabilisator eines Kraftfahrzeuges in schematischer Darstellung, mit einem Planetengetriebe, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
2 eine praktische Ausführung einer Schweißbaugruppe des Planetengetriebes gemäß 1 in perspektivischer Darstellung,
3 einen Längsschnitt durch die Schweißbaugruppe aus 2 nach einem ersten Verfahrensschritt,
4 eine Ausschnittvergrößerung der 3, und
5 einen Längsschnitt durch die Schweißbaugruppe aus 2 nach einem weiteren Verfahrensschritt, und
6 eine Ausschnittvergrößerung der 5.

1 zeigt einen aktiven Wankstabilisator mit einem zwischen zwei hier nur angedeuteten Drehstabteilen 1, 2 angeordneten Aktuator 3, dessen Gehäuse 4 an das eine Drehstabteil 1 und dessen Abtriebswelle 5 an das andere Drehstabteil 2 drehfest angeschlossen ist. Zwischen einem gehäusefesten Motor 6 - der im Ausführungsbeispiel als Elektromotor ausgeführt ist - und der Abtriebswelle 5 des Aktuators 3 ist ein dreistufiges Planetengetriebe 7 angeordnet. Die mittlere Planetenstufe weist ein Sonnenrad 8 auf, das fest mit einem Planetenträger 9 verbunden ist.
Das Sonnenrad 8 und der Planetenträger 9 sind fest miteinander gefügt und bilden eine Schweißbaugruppe 10, die in 2 abgebildet ist. Der 2 ist zu entnehmen, dass der Planetenträger zweiteilig aus zwei Blechteilen 15, 16 gebildet ist, die beide mittels Laserschweißen miteinander gefügt sind. Beide Blechteile 15, 16 weisen jeweils einen scheibenförmigen Trägerabschnitt 17, 18 auf, die die nicht dargestellten Planeten tragen.
Das aus Stahl gebildete Sonnenrad 8 ist fest mit dem aus Stahl gebildeten Planetenträger 9 verbunden. Zunächst werden in bekannter Weise das Sonnenrad 8 und der Planetenträger 9 als Bauteile hergestellt.
Das Sonnenrad 8 ist als Hohlteil11 mit am Außenumfang angeordneten Zähnen 12 ausgebildet,
Den 3 und 4 kann entnommen werden, dass das Hohlteil 11 an einem Ende von den Zähnen freigestellt ist und dort einen Planetenträgersitz 13 zur Aufnahme des Planetenträgers 9 aufweist.
Das Blechteil 18 des Planetenträgers 9 weist eine Zentralöffnung 14 auf, in die das Sonnenrad 8 mit dem Planetenträgersitz 13 eingesetzt wird. Das ungehärtete Sonnenrad 8 und der ungehärtete Planetenträger 9 werden in einem ersten Verfahrensschritt mittels Laserschweißen fest miteinander gefügt zu der Schweißbaugruppe 10. Ein nicht abgebildeter Laser schmilzt Werkstoff im Bereich der Zentralöffnung 14 und des Planetenträgersitzes 13 auf. Bis zu diesem Fügen bleiben die Bauteile weich.
Die 5 und 6 zeigen die Schweißbaugruppe 10 nach einem weiteren Verfahrensschritt, in dem die Schweißbaugruppe 10 mittels Einsatzhärten wärmebehandelt wird. Während der Wärmebehandlung wird die Rekristallisationstemperatur der Werkstoffe überschritten, dadurch bilden sich die verschiedenen Gefüge in der Wärmeeinflusszone des Lasers zurück zu einem einheitlichen, feinkörnigen Gefüge der miteinander gefügten Teile.
Die Festigkeit der Fügestelle im Bereich des Planetenträgersitzes 13 und der Zentralöffnung 14 ist bei der fertig gestellten und wärmebehandelten Schweißbaugruppe 10 deutlich erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Drehstab
2: Drehstab
3: Aktuator
4: Gehäuse
5: Abtriebswelle
6: Motor
7: Planetengetriebe
8: Sonnenrad
9: Planetenträger
10: Schweißbaugruppe
11: Hohlteil
12: Zähne
13: Planetenträgersitz
14: Zentralöffnung
15: Blechteil
16: Blechteil
17: scheibenförmiger Trägerabschnitt
18: scheibenförmiger Trägerabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014205261 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Planetengetriebes (7), dessen aus Stahl gebildetes Sonnenrad (8) fest mit einem aus Stahl gebildeten Planetenträger (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das ungehärtete Sonnenrad (8) und der ungehärtete Planetenträger (9) mittels Laserschweißen fest miteinander verbunden und danach gemeinsam mittels Einsatzhärten wärmebehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dessen Planetenträger (9) eine Zentralöffnung (14) und dessen Sonnenrad (8) an einem axialen Ende am Außenumfang einen Planetenträgersitz (13) aufweist, der in die Zentralöffnung (14) des Planetenträgers (9) eingesetzt und anschließend das Sonnenrad (8) mit dem Planetenträger (9) mittels Laserschweißen fest miteinander verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dessen Einsatzhärten ein Niederdruckaufkohlen im Vakuum mit Hochdruckgasabschreckung umfasst.
Planetengetriebe (7), hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 2, dessen Sonnenrad (8) als Hohlteil (11) mit am Außenumfang angeordneten Zähnen (12) ausgebildet ist, wobei das Hohlteil (11) an einem Ende den Planetenträgersitz (13) zur Aufnahme des Planetenträgers (9) aufweist.
Planetengetriebe (7) nach Anspruch 4, dessen Planetenträger (9) aus wenigstens einem in einem Umformverfahren hergestellten Blechteil (15, 16) gebildet ist, dessen scheibenförmiger Trägerabschnitt (16) mit der Zentralöffnung (14) zur Aufnahme des Planetenträgersitzes (13) versehen ist.
Aktiver Wankstabilisator, mit einem zwischen zwei Drehstabteilen (1, 2) angeordneten Aktuator (3), dessen Gehäuse (4) mit dem einen Drehstabteil (1) und dessen Abtriebswelle (5) mit dem anderen Drehstabteil (2) drehfest verbunden sind, und dessen zwischen Motor (6) und Abtriebswelle (5) angeordnetes Planetengetriebe (7) nach einem der Ansprüche 4 und 5 gebildet ist.
Aktiver Wankstabilisator nach Anspruch 6, dessen dreistufiges Planetengetriebe (7) in seiner mittleren Planetenstufe gemäß einem der Ansprüche 4 und 5 ausgebildet ist.