DE102019114697A1

DE102019114697A1 - Verbundmetallflexplatte

Info

Publication number: DE102019114697A1
Application number: DE102019114697.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Wilson; Huaxin Li; Jianghuai Yang; James D. Cremonesi; Qigui Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US20200016688A1; CN110715037A; CN110715037B; US11173568B2

Abstract

Es wird eine Verbundmetallflexplatte offenbart, die eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad umfasst, das mit der Aluminiummittelplatte durch eine Festkörperverbindung verbunden ist. Die Festkörperverbindung, die die Aluminiummittelplatte und das Stahlhohlrad miteinander verbindet, kann durch Reibschweißen gebildet werden. Während des Reibschweißverfahrens wird eine Fläche eines ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades vorgewärmt, gefolgt vom Inkontaktbringen der vorerwärmten Fläche des ringförmigen Körpers mit einer Fläche eines Umfangs eines kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte. Die zwei Kontaktflächen werden dann dazu veranlasst, eine relative Drehkontaktbewegung zu erfahren, die eine Reibungswärme zwischen diesen erzeugt und die benachbarten Bereiche des Stahlhohlrades und der Aluminiummittelplatte erweicht. Sobald dies auftritt, wird eine aufgebrachte Kraft ausgeübt, um die Kontaktflächen zusammenzupressen und zusammenzuschmieden, wodurch die Festkörperverbindung hergestellt wird.

Description

EINLEITUNG
Viele Automobile verlassen sich auf ein Automatikgetriebe, um Drehmomentumwandlungen zwischen dem Verbrennungsmotor und den stromabwärtigen Komponenten des Antriebsstrangs durchzuführen. Um eine Drehmomentübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Automatikgetriebe herzustellen, wird ein Drehmomentwandler verwendet, um eine Kurbelwelle, die durch den Verbrennungsmotor drehend angetrieben wird, und eine Eingangswelle des Automatikgetriebes, die Drehmoment an eine Abtriebswelle des Getriebes durch ein Planetenradgetriebe liefert, fluidisch zu koppeln. Die Kurbelwelle ist durch eine Flexplatte an einer vorderen Abdeckung eines Drehmomentwandlergehäuses befestigt. Im Allgemeinen beinhaltet eine Flexplatte eine scheibenförmige Mittelplatte und ein umgebendes Hohlrad. Die Mittelplatte beinhaltet einen kreisförmigen Körper, der eine zentrale Öffnung - sowie verschiedene andere Bohrungen und Aussparungen zur Montage und Gewichtsreduzierung/-auswuchtung - definiert und sich in axialer Richtung biegen kann, um die Bewegung des Drehmomentwandlers bei schwankenden Fahrzeuggeschwindigkeiten aufzunehmen. Das Hohlrad beinhaltet einen ringförmigen Körper, der an einem Außenumfang des kreisförmigen Körpers der Mittelplatte befestigt ist. Die Außenverzahnung des Hohlrades ermöglicht es einem Ritzelrad des Fahrzeug-Anlassermotors, die Flexplatte bei Aktivierung selektiv zu drehen, um den Betrieb des Motors aus eigener Kraft einzuleiten. Die scheibenförmige Mittelplatte und das Hohlrad sind herkömmlicherweise jeweils aus Stahl gebildet, sodass sie entlang ihrer Schnittstelle MIG-geschweißt oder lasergeschweißt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Eine Verbundmetallflexplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad beinhalten. Die Aluminiummittelplatte weist einen kreisförmigen Körper auf, der eine zentrale Öffnung um eine Drehachse der Verbundmetallflexplatte definiert. Der kreisförmige Körper weist auch einen Umfang auf. Das Stahlhohlrad beinhaltet einen ringförmigen Körper und eine Außenverzahnung, die mit dem ringförmigen Körper integral und umlaufend angeordnet sind. Darüber hinaus ist der ringförmige Körper des Stahlhohlrades durch eine Festkörperverbindung an dem Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte befestigt.
Die Verbundmetallflexplatte kann weiter definiert werden. So kann beispielsweise der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand umfassen, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und die Festkörperverbindung kann zwischen dem axialen Rand des kreisförmigen Körpers und dem ringförmigen Körper des Stahlhohlrades hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann der Umfang des kreisförmigen Körpers einen axialen Rand umfassen, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, einen radialen Rand, der sich von dem axialen Rand radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende des kreisförmigen Körpers versetzt ist, und die Festkörperverbindung kann zwischen mindestens einem von dem axialen Rand oder dem radialen Rand des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte und dem ringförmigen Körper des Stahlhohlrades hergestellt werden. In noch einem weiteren Beispiel kann der ringförmige Körper des Stahlhohlrades einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen radialen Rand umfassen, der sich von dem ringförmigen Hauptabschnitt radial nach innen erstreckt, und die Festkörperverbindung kann zwischen dem kreisförmigen Körper der Aluminiummittelplatte und mindestens einem von dem ringförmigen Hauptabschnitt oder dem radialen Rand des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades hergestellt werden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundmetallflexplatte gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann mehrere Schritte beinhalten. In einem Schritt wird eine Fläche eines ringförmigen Körpers eines Stahlhohlrades erwärmt. In einem weiteren Schritt wird die Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades mit einer Fläche eines Umfangs eines kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte in Kontakt gebracht, während die Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades noch erwärmt wird. In noch einem weiteren Schritt wird entweder die Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrad gedreht, während die andere Aluminiummittelplatte oder das andere Stahlhohlrad stationär bleibt, um Reibungswärme zwischen den Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und dem Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zu erzeugen. Die erzeugte Reibungswärme erzeugt benachbarte erweichte Bereiche im ringförmigen Körper des Stahlhohlrades und des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte. Und in noch einem weiteren Schritt wird eine Kraft auf die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte ausgeübt, um die erweichten Bereiche plastisch zu verformen und die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenzuschmieden, um beim Abkühlen und Härten der erweichten Bereiche eine Festkörperverbindung zu bilden.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbundmetallflexplatte kann zusätzliche Schritte beinhalten oder weiter definiert werden. In einer Implementierung kann das Stahlhohlrad gedreht werden, während die Aluminiummittelplatte stationär gehalten wird. In einer anderen Variation kann der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand beinhalten, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt. Der axiale Rand weist eine Außenfläche auf, die eine Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades kontaktiert. In dieser Hinsicht führt das Drehen der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen der Außenfläche des axialen Randes und der Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um eine Reibungswärme dazwischen zu erzeugen. In noch einer anderen Variation kann der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand beinhalten, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und kann ferner einen radialen Rand beinhalten, der sich von dem axialen Rand radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende des kreisförmigen Körpers versetzt ist. Als solches führt das Drehen entweder der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen mindestens einer von (1) einer Außenfläche des axialen Randes und einer Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um eine Reibungswärme zwischen dem radialen Rand und einer Seitenfläche des ringförmigen Körpers zu erzeugen, oder (2) einer Vorderfläche des radialen Randes und einer Seitenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um Reibungswärme dazwischen zu erzeugen. In noch einer anderen Variation kann der ringförmige Körper des Stahlhohlrades einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen radialen Rand beinhalten, der sich vom ringförmigen Hauptabschnitt radial nach innen erstreckt. Zu diesem Zweck führt das Drehen entweder der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen mindestens einer von (1) einer Rückfläche eines ringförmigen Anschlussbereichs des ringförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte und einer Vorderfläche des radialen Randes des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um zwischen diesen Reibungswärme zu erzeugen oder (2) einer Innenfläche des ringförmigen Hauptabschnitts des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und einer Umfangskantenfläche des distalen Endes des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, um eine Reibungswärme dazwischen zu erzeugen.
Das Verfahren zur Herstellung der Verbundmetallflexplatte kann auch das Erwärmen der Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades durch Induktionserwärmung umfassen. Zusätzlich kann die Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades eine Temperatur zwischen 200° C und 580° C aufweisen, wenn sie mit der Fläche eines Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte in Kontakt gebracht wird. Die in der Verbundmetallflexplatte enthaltene Aluminiummittelplatte kann auch eine zentrale Öffnung um eine Drehachse der Verbundmetallflexplatte, einen ersten Satz von Befestigungsbohrungen nahe der zentralen Öffnung und einen zweiten Satz von Befestigungsbohrungen nahe dem Umfang des kreisförmigen Körpers definieren. Weiterhin kann ein Dimensionskontrollelement gegen eine Fläche des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte angeordnet sein, um einer Verzerrung des kreisförmigen Körpers zu widerstehen, wenn die Kraft aufgebracht wird, die die erweichten Bereiche plastisch verformt und die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenschmiedet.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Verbundmetallflexplatte gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann mehrere Schritte beinhalten. In einem Schritt ist ein Stahlhohlrad vorgesehen, das einen ringförmigen Körper und eine Außenverzahnung beinhaltet, die mit dem ringförmigen Körper integral und umlaufend angeordnet sind. In einem weiteren Schritt ist eine Aluminiummittelplatte vorgesehen, die einen kreisförmigen Körper mit einem Umfang aufweist, wobei der kreisförmige Körper eine zentrale Öffnung, einen ersten Satz von Befestigungsbohrungen nahe der zentralen Öffnung und einen zweiten Satz von Befestigungsbohrungen nahe dem Umfang definiert. In einem anderen Schritt wird eine Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades auf eine Temperatur über 200° C erwärmt. In einem weiteren Schritt werden die Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und eine Fläche des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte relativ zueinander gedreht, während die Flächen miteinander in Kontakt stehen und die Temperatur der Fläche des ringförmigen Körpers zwischen 200° C und 580° C liegt, wobei entweder das Stahlhohlrad oder die Aluminiummittelplatte stationär gehalten werden, um Reibungswärme zwischen den Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zu erzeugen. Die erzeugte Reibungswärme erzeugt benachbarte erweichte Bereiche im ringförmigen Körper des Stahlhohlrades und des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte. Und in noch einem weiteren Schritt wird eine Kraft auf die Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte aufgebracht, die miteinander in Kontakt stehen, um die benachbarten erweichten Bereiche plastisch zu verformen und die Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenzuschmieden, um beim Abkühlen und Härten der erweichten Bereiche eine Festkörperverbindung zu bilden
Das Verfahren zur Herstellung der Verbundmetallflexplatte kann zusätzliche Schritte beinhalten oder weiter definiert werden. So kann beispielsweise der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand beinhalten, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt. Der axiale Rand weist eine Außenfläche auf, die eine Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades kontaktiert. In dieser Hinsicht führt das Drehen der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen der Außenfläche des axialen Randes und der Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um eine Reibungswärme dazwischen zu erzeugen. In noch einer anderen Variation kann der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand beinhalten, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und kann ferner einen radialen Rand beinhalten, der sich von dem axialen Rand radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende des kreisförmigen Körpers versetzt ist. Als solches führt das Drehen entweder der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen mindestens einer von (1) einer Außenfläche des axialen Randes und einer Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um eine Reibungswärme zwischen dem radialen Rand und einer Seitenfläche des ringförmigen Körpers zu erzeugen, oder (2) einer Vorderfläche des radialen Randes und einer Seitenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um Reibungswärme dazwischen zu erzeugen. In noch einer anderen Variation kann der ringförmige Körper des Stahlhohlrades einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen radialen Rand beinhalten, der sich vom ringförmigen Hauptabschnitt radial nach innen erstreckt. Zu diesem Zweck führt das Drehen entweder der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen mindestens einer von (1) einer Rückfläche eines ringförmigen Anschlussbereichs des ringförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte und einer Vorderfläche des radialen Randes des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um zwischen diesen Reibungswärme zu erzeugen oder (2) einer Innenfläche des ringförmigen Hauptabschnitts des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und einer Umfangskantenfläche des distalen Endes des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, um eine Reibungswärme dazwischen zu erzeugen. Weiterhin kann ein Dimensionskontrollelement gegen eine Fläche des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte angeordnet sein, um einer Verformung des kreisförmigen Körpers zu widerstehen, wenn die Kraft aufgebracht wird, die die erweichten Bereiche plastisch verformt und die Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenschmiedet, die miteinander in Kontakt stehen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbundmetallflexplatte, die eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad beinhaltet, das umlaufend um einen Umfang der Aluminiummittelplatte durch eine Festkörperverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist;
2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Verbundmetallflexplatte aus 1, die entlang der Schnittlinien 2-2 aufgenommen ist und das an der Aluminiummittelplatte befestigte Stahlhohlrad zeigt;
3 ist eine Mikroaufnahme, die die Festkörperverbindung in 2 darstellt, die das Stahlhohlrad und die Aluminiummittelplatte miteinander verbindet;
4 ist eine Teilquerschnittsdarstellung, die den Schritt des Reibschweißverfahrens darstellt, bei dem eine Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgewärmt wird;
5 ist eine Teilquerschnittsdarstellung, die den Schritt des Reibschweißverfahrens darstellt, bei dem das Stahlhohlrad und die Aluminiummittelplatte gegeneinander gedreht werden, während Flächen dieser beiden Komponenten in Kontakt miteinander stehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine Teilquerschnittsdarstellung, die den Schritt des Reibschweißverfahrens darstellt, bei dem die Flächen des Stahlhohlrades und der Aluminiummittelplatte, die gegeneinander gedreht wurden, unter einer aufgebrachten Kraft zusammengedrückt werden, um diese Flächen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung zusammenzuschmieden;
7 ist eine Teilquerschnittsdarstellung einer Verbundmetallflexplatte, die eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad beinhaltet, das umlaufend um einen Umfang der Aluminiummittelplatte durch eine Festkörperverbindung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist;
8 ist eine Teilquerschnittsdarstellung, die mehrere Schritte des Reibschweißverfahrens darstellt, während der das Stahlhohlrad und die Aluminiummittelplatte, die in 7 dargestellt sind, miteinander verbunden werden;
9 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Verbundmetallflexplatte, die eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad beinhaltet, das umlaufend um einen Umfang der Aluminiummittelplatte durch eine Festkörperverbindung gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist;
10 ist eine Teilquerschnittsdarstellung, die mehrere Schritte des Reibschweißverfahrens darstellt, während der das Stahlhohlrad und die Aluminiummittelplatte, die in 9 dargestellt sind, miteinander verbunden werden;
11 ist eine partielle Querschnittsdarstellung eines allgemeinen ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und eines Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, die geneigte Kontaktflächen dieser beiden Komponenten darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
12 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung eines allgemeinen ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und eines Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, die geneigte Kontaktflächen dieser beiden Komponenten gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird eine Verbundmetallflexplatte offenbart, die eine Aluminiummittelplatte und ein Stahlhohlrad beinhaltet. Das Stahlhohlrad wird durch eine Festkörperverbindung an der Aluminiummittelplatte befestigt, wobei Material aus der Aluminiummittelplatte und dem Stahlhohlrad atomar interdispergiert sind. Da das Stahlhohlrad und die Aluminiummittelplatte durch eine Festkörperverbindung befestigt sind, sind spröde Fe-Alintermetallische Verbindungen nur minimal vorhanden, wenn sie sich überhaupt innerhalb der zwischen den beiden Komponenten gebildeten Verbindung befinden, was dazu beiträgt, dass die Verbindung stark ist und einem Bruch widerstehen kann, wenn die Flexplatte unter normalen Betriebsbedingungen vom Anlassermotor durchgedreht wird. Um die Festkörperverbindung zwischen dem Stahlhohlrad und der Aluminiummittelplatte herzustellen, können die beiden ungleichen Metallkomponenten durch Reibschweißen miteinander verbunden werden. Das Reibschweißverfahren beinhaltet das Vorwärmen des Körpers des Stahlhohlrades, gefolgt von Drehen entweder des Stahlhohlrades oder der Aluminiummittelplatte, wobei die andere Komponente stationär gehalten wird, während der Körper des Hohlrades und der Umfang eines kreisförmigen Körpers der Mittelplatte miteinander in Kontakt sind, sodass Reibungswärme dazwischen erzeugt wird. Nach dem Anhalten der Drehung der rotierenden Komponente wird sofort Druck auf die Kontaktabschnitte der beiden Komponenten ausgeübt, um den ringförmigen Körper des Stahlhohlrades und den Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte im Wesentlichen zusammenzuschmieden.
Die 1-3 zeigen eine Verbundmetallflexplatte 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Verbundmetallflexplatte 10 umfasst eine Aluminiummittelplatte 12 und ein Stahlhohlrad 14, das die Aluminiummittelplatte 12 umgibt und durch eine Festkörperverbindung 16 an dieser befestigt ist. Die Aluminiummittelplatte 12 kann aus einer Vielzahl von Aluminiumlegierungszusammensetzungen bestehen, einschließlich wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen (z. B. AA 2000, bestimmte Aluminiumlegierungen der Serien 4000, 6000 und 7000) und nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen (AA 3000, bestimmte Aluminiumlegierungen der Serien 4000 und 5000). Mehrere spezifische und nicht einschränkende Aluminiumlegierungszusammensetzungen, die eingesetzt werden können, beinhalten AA2014-T6, AA4032-T6 und AA7050-T6. Das Stahlhohlrad 14 kann aus einer Stahlzusammensetzung bestehen, die die Festigkeit und Zähigkeitseigenschaften, die erforderlich sind, um die Funktion des Hohlrades 14 zu unterstützen, besitzt oder behandelt werden kann, um diese zu besitzen. So kann beispielsweise der Stahlhohlrad 14 aus einem mittleren kohlenstoffhaltigen Stahl bestehen, der beispielsweise 0,30 Gew.-% bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff oder einen mittleren kohlenstofflegierten Stahl beinhaltet, der einen ähnlichen Kohlenstoffgehalt beinhaltet. Mehrere spezifische und nicht einschränkende Stahlzusammensetzungen, die eingesetzt werden können, beinhalten Stahllegierungen vom Typ SAE J405 1035-1050.
Die Aluminiummittelplatte 12 beinhaltet einen kreisförmigen Körper 18, der vorzugsweise durch Stanzen hergestellt wird. Der kreisförmige Körper 18 definiert eine zentrale Öffnung 20 um eine Drehachse 22 sowohl des Körpers 18 als auch der Verbundmetallflexplatte 10 und weist einen Umfang 24 auf, der einen axialen Rand 26 beinhaltet, der sich axial von einem distalen Ende 28 des Körpers 18 erstreckt. Zusätzlich definiert der kreisförmige Körper 18 einen ersten Satz von Befestigungsbohrungen 30 in der Nähe der zentralen Öffnung 20 und um diese herum, einen zweiten Satz von Befestigungsbohrungen 32, die radial nach außen von dem ersten Satz von Befestigungsbohrungen 30 beabstandet sind und sich in der Nähe des distalen Endes 28 des kreisförmigen Körpers 18 befinden, und eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Ausschnitten 34, die zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Befestigungsbohrungen 30, 32 angeordnet sind, die das Gewicht der Mittelplatte 12 reduzieren und ordnungsgemäß verteilen. Im eingebauten Zustand nimmt der erste Satz von Befestigungsbohrungen 32 Schrauben (nicht gezeigt) auf, die die Aluminiummittelplatte 12 an einem Kurbelflansch auf einer Seite der Platte 12 befestigen, und der zweite Satz von Befestigungsbohrungen 34 nimmt Schrauben auf, die die Aluminiummittelplatte 12 an der Frontabdeckung eines Drehmomentwandlergehäuses befestigen. Die zentrale Öffnung 20 nimmt eine Pilotbuchse auf, die eine Pilotnabe des Drehmomentwandlers aufnimmt und dazu dient, eine Längsachse der Motorkurbelwelle und eine Längsachse der Getriebeeingangswelle auszurichten.
Das Stahlhohlrad 14 beinhaltet einen ringförmigen Körper 36 und eine Außenverzahnung 38, die mit dem ringförmigen Körper36 integral und umlaufend angeordnet sind. Jeder der Außenverzahnung 38 steht radial nach außen vom ringförmigen Körper 36 des Hohlrades 14 hervor und erstreckt sich axial entlang einer Dickenabmessung des ringförmigen Körpers 36. Die Verzahnung 38 wird typischerweise durch Induktionshärten oder ein anderes Härtungsverfahren gehärtet, während der ringförmige Körper 36, der die Verzahnung 38 trägt, typischerweise nicht gehärtet ist, sodass er leichter an der Bildung der Festkörperverbindung 16 teilnehmen kann. Abhängig von der Designspezifikation der Verbundmetallflexplatte 10, die eine Vielzahl von Faktoren einschließlich des erforderlichen Hohlradumfangs berücksichtigt, kann die Anzahl der Außenverzahnung 38, die auf dem ringförmigen Körper 36 des Hohlrades 14 getragen wird, eine Anzahl von 100 bis 200 betragen. In dieser besonderen Ausführungsform der Verbundmetallflexplatte 10 und wie am besten in 2 dargestellt, ist ein Innenwandabschnitt 40 des ringförmigen Körpers 36 des Hohlrades 14 mit einem Außenwandabschnitt 42 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 der Mittelplatte 12 durch die Festkörperverbindung 16 verbunden. Die Festkörperverbindung 16, wie in der vergrößerten Mikroaufnahme von 3 dargestellt, ist ein metallurgischer Übergangsbereich zwischen dem ringförmigen Körper 38 des Hohlrades 14 und dem axialen Rand 26 des kreisförmigen Körpers 18, wobei Aluminiumlegierung und Stahl atomar mit minimalen oder keinen vorhandenen intermetallischen Fe-Al-Verbindungen interdispergiert sind.
Die Festkörperverbindung 16 wird vorzugsweise zwischen der Aluminiummittelplatte 12 und dem Stahlhohlrad 14 durch Reibschweißen gebildet. Wie im Folgenden näher beschrieben wird, ist das Reibschweißen ein Festkörperfügevorgang, bei dem zwei Metallkomponenten - von denen eine stationär gehalten wird, während die andere gedreht wird - eine relative Kontaktdrehbewegung zwischen Kontaktabschnitten der Komponenten erfahren, um Reibungswärme zu erzeugen. Die erzeugte Wärme erweicht eine oder beide Komponenten, sodass ein aufgebrachter Druck oder eine aufgebrachte Kraft Material von einer oder beiden der Komponenten plastisch verdrängt, um die beiden Kontaktabschnitte zusammenzuschmieden und die atomare Interdispersion zu erzwingen, die die Festkörperverbindung 16 kennzeichnet. Das hierin anwendbare Reibschweißverfahren kann mindestens einen Vorwärmschritt, einen Reibungserwärmungsschritt und einen Druckanwendungsschritt beinhalten. Diese Schritte werden im Allgemeinen in den 4-6 in Verbindung mit der Herstellung der in den 1-3 dargestellten Verbundmetallflexplatte 10 dargestellt. Selbstverständlich kann das gleiche Verfahren verwendet werden, um andere alternative Ausführungsformen der Verbundmetallflexplatte zu fertigen, von denen einige nachfolgend in Verbindung mit den 7-10 beschrieben werden.
Der Vorwärmschritt ist in 4 dargestellt. In diesem Schritt wird eine Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 des Hohlrades 14 zur Vorbereitung auf das Verbinden erwärmt. Die hier identifizierte Innenfläche 44 des nicht verbundenen Stahlhohlrades 14 wird schließlich vollständig oder teilweise in die Festkörperverbindung 16 integriert und verliert folglich ihre ausgeprägte Grenzflächenabgrenzung, das der Innenwandabschnitt 40 des ringförmigen Körpers 36 und der Außenwandabschnitt 42 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 der Aluminiummittelplatte 12 zusammengeschmiedet werden. Die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 kann durch Induktionserwärmung auf eine Temperatur über 200° C oder insbesondere zwischen 200° C und 700° C erwärmt werden. Dies kann das Anordnen einer Induktionsspule 46, wie beispielsweise einer elektromagnetischen Kupferspule, angrenzend zur Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36, und anschließend das Durchleiten eines Hochfrequenten-Wechselstroms, der von einer Hochfrequenz-Stromversorgung 48 bereitgestellt wird, durch die Induktionsspule 46 beinhalten. Das Durchleiten des Wechselstromstroms durch die Leitungsspule 46 erzeugt ein alternierendes Magnetfeld, das den ringförmigen Körper 36 durchdringt und Wirbelströme erzeugt, die die Innenfläche 44 zusammen mit einer zusätzlichen Erwärmung durch magnetische Hysterese resistiv erwärmen. Die gezielte Erwärmung der Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 auf seine erhöhte Temperatur - im Gegensatz zur Erwärmung des gesamten Hohlrades 14 - ist hier sinnvoll, da es wünschenswert sein kann, die Erwärmung der Außenverzahnung 38 so weit wie möglich zu beschränken, um das Zurückhärten ihrer Härte in jenen Situationen zu verhindern, in denen die Verzahnung 38 bereits durch Erwärmen und Abschrecken gehärtet wurde, um Änderungen der Stahlmikrostruktur zu beeinflussen.
Während die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 noch bei einer erhöhten Temperatur zwischen 200° C und 580° C liegt (wodurch eine gewisse Abkühlung ermöglicht wird, wenn die ursprüngliche Temperatur auf über 580° C erwärmt wurde), wird der Reibungserwärmungsschritt durchgeführt, wie in 5 dargestellt. Im Reibungserwärmungsschritt befindet sich die vorgewärmte (200° C-580° C) Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 des Stahlhohlrades 14 angrenzend und in Kontakt mit einer Außenfläche 50 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 der Aluminiummittelplatte 12. Wie die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36, wird die Außenfläche 50 des axialen Randes 26 der nicht verbundenen Aluminiummittelplatte 12 schließlich vollständig oder teilweise in die Festkörperverbindung 16 integriert, wenn der Innenwandabschnitt 40 des ringförmigen Körpers 36 und der Außenwandabschnitt 42 des axialen Randes 26 zusammengeschmiedet werden. Sobald der Kontakt zwischen der Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 und der Außenfläche 50 des axialen Randes 26 hergestellt wurde, wird entweder die Aluminiummittelplatte 12 oder das Stahlhohlrad 14 gedreht, während entweder die andere Aluminiummittelplatte 12 oder das andere Stahlhohlrad 14 stationär gehalten wird. Die relative Kontaktdrehbewegung, die zwischen der Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 und der Außenfläche 50 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 auftritt, erzeugt Reibungswärme zwischen den Flächen 44, 50. Diese durch Reibung erzeugte Wärme erweicht benachbarte Bereiche 52, 54 des ringförmigen Körpers 36 und des axialen Randes 26, die sich von der Außenfläche 44 in den ringförmigen Körper 36 bzw. von der Innenfläche 50 in den axialen Rand 26 erstrecken. Eine rechtzeitige Erweichung des ringförmigen Körpers 36 des Stahlhohlrades 14 wird durch das vorzeitige Erwärmen der Innenfläche 44 im Vorwärmschritt ermöglicht.
Die Aluminiummittelplatte 12 und das Stahlhohlrad 14 können mit herkömmlichen Reibungsschweißwerkzeugen fixiert und relativ zueinander gedreht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird beispielsweise die Aluminiummittelplatte 12 stationär gehalten und das Stahlhohlrad 14 wird gedreht. Zu diesem Zweck kann die Aluminiummittelplatte 12 auf einen Stützblock abgesenkt werden (nicht dargestellt). Der Stützblock kann Führungen oder Positionierungsstangen beinhalten, die in einem oder mehreren der ersten und/oder zweiten Sätze von Befestigungsbohrungen 30, 32 aufgenommen werden, die im kreisförmigen Körper 18 der Mittelplatte 12 definiert sind. Zusätzliche Klemmvorrichtungen können ferner verwendet werden, um die Aluminiummittelplatte 12 fest gegen den Stützblock zu halten, sodass sie während des Reibungserwärmungsschritts stationär bleibt. Das Stahlhohlrad 14 kann fest mit einem ringförmigen Halteelement (nicht gezeigt) verspannt oder festgeklemmt sein, das wiederum an einer starren Spindel montiert ist. Der Vorwärmschritt kann praktiziert werden, während das Stahlhohlrad 14 auf der Spindel installiert ist, um einen erheblichen Wärmeverlust während der Zeit zu verhindern, die zwischen den Vorwärm- und Reibungserwärmungsschritten verstreicht. Schließlich wird das Stahlhohlrad 14 in Richtung der Aluminiummittelplatte 12 bewegt, bis die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 und die Außenfläche 50 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 in axial ausgerichtetem Kontakt sind. An diesem Punkt beginnt die Drehung der Spindel, was die gewünschte relative Kontaktdrehbewegung zwischen der Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 und der Außenfläche 50 des axialen Randes 26 bewirkt. Die Geschwindigkeit und Dauer der Spindeldrehung wird gesteuert, um die erforderlichen erweichten Bereiche 52, 54 sowohl in der Mittelplatte 12 als auch dem Hohlrad 14 zu erreichen.
Nachdem die erweichten Bereiche 50, 52 durch den relativen Drehreibungskontakt erreicht worden sind, wird der Druckanwendungsschritt durchgeführt, wie in 6 veranschaulicht. In diesem Schritt werden die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 und die Außenfläche 50 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 unter einer aufgebrachten Kraft 56 zusammengedrückt. Die Innenfläche 44 und die Außenfläche 50 werden mit ausreichender Kraft zusammengepresst, um eine plastische Verformung der komprimierten erweichten Bereiche 52, 54 des ringförmigen Körpers 36 und des axialen Randes 26 zu bewirken und die Innen- und Außenflächen 44, 50 zusammenzuschmieden. Die aufgebrachte Kraft 56 kann durch Pressen radial nach innen gegen die Außenverzahnung 38 des Stahlhohlrades 14, vorzugsweise hydraulisch, entgegengesetzt zur Widerstandskraft des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18, aufgebracht werden. Diese radial nach innen gerichtete Presskraft gegen die Außenverzahnung 38 kann gleichzeitig um den gesamten Umfang des Hohlrades 14 aufgebracht werden oder kann in einer Variation nacheinander auf mehrere definierte Bögen des Umfangs des Hohlrades 14 angewendet werden, bis der gesamte Umfang des Hohlrades 14 gepresst wurde. Darüber hinaus kann bei Bedarf, um eine Verformung des axialen Randes 26 zu verhindern, ein Dimensionskontrollelement 58 in Form eines Blocks, einer Platte, eines Rings oder einer anderen geeigneten Form gegen die Innenfläche 60 des axialen Randes 26 angeordnet werden, um dem Druck entgegenzuwirken, der radial nach innen gegen die Außenverzahnung 38 des Hohlrades 14 aufgebracht wird.
Während des Druckanwendungsschritts und möglicherweise für eine kurze Zeit danach kühlen die erweichten Bereiche 52, 54, die nun plastisch verformt werden, ab und härten in die Festkörperverbindung 26 aus. Die Verbundmetallflexplatte 10 ist nun geformt und kann aus den Reibschweißwerkzeugen entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine zusätzliche Verarbeitung der Verbundmetallflexplatte 10 durchgeführt werden. So kann beispielsweise jeder Metallgrat entfernt werden, der durch Komprimieren und plastisches Verformen der erweichten Bereiche 52, 54 des ringförmigen Körpers 36 und des axialen Randes 26 entstanden sein kann. Eine derartige Gratentfernung kann auf eine Vielzahl von Arten erfolgen, einschließlich Scherung, Bearbeitung oder Schleifen, um nur einige Optionen zu nennen. Als ein weiteres Beispiel kann die Außenverzahnung 38 des Stahlhohlrades 14 gehärtet werden, wenn sie möglicherweise vor dem Reibschweißen des Stahlhohlrades 14 und der Aluminiummittelplatte 12 nicht bereits zusammen gehärtet wurden. Das Härten der Außenverzahnung 38 - ob vor oder nach dem Reibschweißen - beinhaltet typischerweise das Induktionserwärmen der Verzahnung 38, gefolgt vom Abschrecken der Verzahnung 38 in einer wasserbasierten Polymerlösung, die Rostinhibitoren enthält, und anschließendes Induktionstempern der Verzahnung 38 auf die gewünschte Flächenhärte. Als ein weiteres Beispiel für ein Verfahren nach dem Reibschweißen kann die Verbundmetallflexplatte 10 zumindest in den freiliegenden Bereichen der Festkörperverbindung 16 durch Spannungsentlastung, Tempern oder Beschichten behandelt werden, um die Verbindung 16 gegen vorzeitige Korrosion zu schützen.
Das vorstehend beschriebene Reibschweißverfahren unterliegt einer Reihe von möglichen Variationen. Insbesondere kann beim Ausführen des Reibungserwärmungsschritts das Stahlhohlrad 14 stationär gehalten werden, während die Aluminiummittelplatte 12 gedreht wird. Um den Reibungserwärmungsschritt auf diese Weise durchzuführen, würde das Stahlhohlrad 14 durch Klemmen oder andere Haltevorrichtungen fest gegen den Stützblock gehalten werden, und die Aluminiummittelplatte 12 würde vorzugsweise durch die zentrale Öffnung 20 auf die starre Spindel montiert werden. Das Drehen der Aluminiummittelplatte 12 relativ zu einem stationären Stahlhohlrad 14 kann Reibungswärme auf die gleiche Weise wie zuvor erzeugen, um die angrenzenden Bereiche 52, 54 des ringförmigen Körpers 36 und des axialen Randes 26 zu erweichen, die letztendlich zur Bildung der Festkörperverbindung 16 im nachfolgenden Druckanwendungsschritt zusammengepresst werden. Zusätzlich kann als Teil des Vorwärmschritts eine andere Erwärmungstechnik als die Induktionserwärmung durchgeführt werden, um die Innenfläche 44 des ringförmigen Körpers 36 des Stahlhohlrades 14 zu erwärmen. Das Widerstandsheizen der Innenfläche 44 ist eine mögliche alternative Erwärmungstechnik. Weiterhin können die Innenfläche des ringförmigen Körpers 38 des Stahlhohlrades 14 und die Außenfläche 50 des axialen Randes 26 des kreisförmigen Körpers 18 vor dem Vorwärmschritt gereinigt werden.
Neben dem Reibschweißverfahren unterliegt die daraus gebildete Verbundmetallflexplatte auch einer Reihe von Variationsmöglichkeiten. Zwei derartige Ausführungsformen sind in den 7-8 und 9-10 dargestellt. Die in den 7-8 dargestellte Verbundmetallflexplatte ist mit dem Bezugszeichen 110 gekennzeichnet, und die in den 9-10 dargestellte Verbundmetallflexplatte ist mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnet. Im Folgenden werden nur die Materialunterschiede dieser Verbundmetallflexplatten 110, 210 gegenüber der oben beschriebenen Verbundmetallflexplatte 10 ausführlich erläutert. Andere Merkmale dieser Verbundmetallflexplatten 110, 210, die in Struktur und Funktion Merkmalen der oben in Verbindung mit den 1-3 beschriebenen Verbundmetallflexplatte 10 entsprechen, werden mit den entsprechenden Bezugszeichen der Serie 100 (7-8) und Serie 200 (9-10) identifiziert. Und, sofern nicht anders angegeben, gilt die Beschreibung aller Merkmale der in den 1-3 dargestellten Verbundmetallflexplatte gleichermaßen für alle Merkmale in den 7-8 und 9-10 dargestellten Verbundmetallflexplatten 110, 210, die mit einem entsprechenden Bezugszeichen der Serie 100 oder 200 gekennzeichnet sind, als ob diese Erörterung hierin vollständig wiederholt würde. Das oben in Verbindung mit den 4-6 beschriebene Reibschweißverfahren ist in der Lage, jede der in den 7-8 und 9-10 dargestellten Verbundmetallflexplatten 110, 210 zu bilden.
Unter Bezugnahme auf die in den 7-8 gezeigte Verbundmetallflexplatte 110 beinhaltet der Umfang 124 des kreisförmigen Körpers 118 der Aluminiummittelplatte 112, wie oben beschrieben, einen axialen Rand 126 sowie einen radialen Rand 162, der sich von dem axialen Rand 126 radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende 128 des Körpers 118 versetzt ist. Die Festkörperverbindung 116 (7), die das Stahlhohlrad 114 und die Aluminiummittelplatte 112 miteinander verbindet, kann zwischen (1) dem inneren Wandabschnitt 140 des ringförmigen Körpers 136 des Hohlrades 114 und dem Außenwandabschnitt 142 des axialen Randes 126 des kreisförmigen Körpers 118, (2) einem Seitenwandabschnitt 164 des ringförmigen Körpers 136 und einem Vorderwandabschnitt 166 der radialen Randes 162 oder (3) beiden vorgenannten Stellen hergestellt werden, wie hier dargestellt. Um den radialen Rand 162 aufzunehmen, kann sich die Außenverzahnung 138 axial über den ringförmigen Körper 136 entlang der Dickenabmessung des Körpers 136 erstrecken, sodass sie einen Umfangskantenfläche 168 des radialen Randes 162 überdeckt, obwohl dieser Überhang der Außenverzahnung 138 nicht notwendigerweise erforderlich ist. Die Einbeziehung sowohl des axialen Randes 126 als auch des radialen Randes 162 in den Umfang 124 des kreisförmigen Körpers 118 der Aluminiummittelplatte 112 ermöglicht nicht nur die Bildung einer breiteren Festkörperverbindung 116 zwischen der Mittelplatte 112 und dem Stahlhohlrad 114, sondern ermöglicht auch, dass das Stahlhohlrad 114 und die Aluminiummittelplatte 112 während des Reibschweißens relativ zueinander einfach positioniert werden können.
Die Aluminiummittelplatte 112 und das Stahlhohlrad 114 können unter Verwendung derselben allgemeinen Reibschweißwerkzeuge im Wesentlichen auf gleiche Weise wie oben beschrieben miteinander reibverschweißt werden. Unter nun erfolgender spezifischer Bezugnahme auf 8 können die Innenfläche 144 und/oder eine Seitenfläche 170 des ringförmigen Körpers 136 des Hohlrades 114 während des Vorwärmschritts vorgewärmt werden, je nachdem, wo die metallurgische Verbindung 116 erwünscht ist. Anschließend werden die Aluminiummittelplatte 112 und das Stahlhohlrad 114 so befestigt, dass die vorgewärmte Innenfläche 144 und die vorgewärmte Seitenfläche 170 des ringförmigen Körpers 136 in Kontakt mit der Außenfläche 150 des axialen Randes 126 und einer Vorderfläche 172 des radialen Randes 162 stehen, wie hier dargestellt. Die Aluminiummittelplatte 112 und das Stahlhohlrad 114 werden dann in Bezug zueinander gedreht, wobei eine der Komponenten 112, 114 gedreht wird und die andere der Komponenten 112, 114 stationär gehalten wird. Die relative Kontaktdrehbewegung, die zwischen den Flächen 144, 150 und 170, 172 auftritt, erzeugt Reibungswärme zwischen den Flächen 144, 150 und 170, 172 und erweicht die angrenzenden Bereiche 152, 154 des ringförmigen Körpers 136 und des axialen Randes 126 und der angrenzenden Bereiche 174, 176 des ringförmigen Körpers 136 und des radialen Randes 162.
Eine aufgebrachte Kraft presst dann die Innenfläche 144 des ringförmigen Körpers 136 und die Außenfläche 150 des axialen Randes 126 (Kraft 156), die Seitenfläche 170 des ringförmigen Körpers 136 und die Vorderfläche 172 des radialen Randes 162 (Kraft 178) oder beide im Druckanwendungsschritt zusammen. Die aufgebrachte Kraft 156, 178 bewirkt eine plastische Verformung der komprimierten erweichten Bereiche 152, 154, 174, 176, um ihre jeweiligen Flächen 144, 150 und 170, 172 zusammenzuschmieden, um schließlich die Festkörperverbindung 116 herzustellen. Die auf die Flächen 144, 150 des ringförmigen Körpers 136 und des axialen Randes 126 wirkende Kraft 156 kann hydraulisch aufgebracht werden, indem wie zuvor gegen die Widerstandskraft des axialen Randes 126 des kreisförmigen Körpers 118 radial nach innen gegen die Außenverzahnung 138 des Stahlhohlrades 114 gepresst wird, während die auf die Flächen 170, 172 des ringförmigen Körpers 138 und des radialen Randes 162 wirkende Kraft 178 durch hydraulisches Pressen axial gegen den ringförmigen Körper 138 des Stahlhohlrades 114 entgegen der Widerstandskraft des radialen Randes 162 des kreisförmigen Körpers 118 aufgebracht werden kann. Ein Dimensionskontrollelement 158 kann gegen die Innenfläche 160 von dem axialen Rand 126 angeordnet sein, um dem Druck entgegenzuwirken, der radial nach innen gegen die Außenverzahnung 138 des Hohlrades 114 aufgebracht wird, und um ein Verziehen des axialen Randes 126 zu verhindern. Auf ähnliche Weise kann ein Dimensionskontrollelement 180 gegen eine Rückfläche 182 des radialen Randes 162 angeordnet sein, um dem Druck entgegenzuwirken, der axial gegen den ringförmigen Körper 138 aufgebracht wird, und um eine Verzerrung des radialen Randes 162 zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf die in den 9-10 gezeigte Verbundmetallflexplatte 210 ist der Umfang 224 des kreisförmigen Körpers 218 der Aluminiummittelplatte 212 ein ringförmiger Anschlussbereich 284, der das distale Ende 228 des Körpers 218 umfasst. Zusätzlich beinhaltet der ringförmige Körper 236 des Stahlhohlrades 214 einen ringförmigen Hauptabschnitt 236' und einen radialen Rand 286, der sich vom ringförmigen Hauptabschnitt 236' radial nach innen erstreckt. Der radiale Rand 286 stützt den Umfang 224 des kreisförmigen Körpers 218 der Aluminiummittelplatte 212. Die Festkörperverbindung 216 (9), die das Stahlhohlrad 214 und die Aluminiummittelplatte 212 miteinander verbindet, kann zwischen (1) dem inneren Wandabschnitt 240 des ringförmigen Abschnitts 236' des ringförmigen Hauptabschnitts 236' des Stahlhohlrades 214 und einem Kantenabschnitt 288 des distalen Endes 228 des ringförmigen Körpers 218, (2) einem vorderen Abschnitt 290 des radialen Randes 286 des ringförmigen Körpers 236 und einem hinteren Abschnitt 292 des kreisförmigen Körpers 218, oder (3) beiden vorgenannten Stellen, wie hier dargestellt, hergestellt werden. In gleicher Weise wie bei der vorherigen Ausführungsform ermöglicht die Einbeziehung des radialen Randes 286 als Teil des ringförmigen Körpers 238 des Stahlhohlrades 214 nicht nur die Bildung einer breiteren Festkörperverbindung 216 zwischen der Aluminiummittelplatte 212 und dem Stahlhohlrad 214, sondern ermöglicht auch, dass das Stahlhohlrad 214 und die Aluminiummittelplatte 212 während des Reibschweißens relativ zueinander leichter positioniert werden können.
Die Aluminiummittelplatte 212 und das Stahlhohlrad 214 können unter Verwendung derselben allgemeinen Reibschweißwerkzeuge im Wesentlichen auf gleiche Weise wie oben beschrieben miteinander reibverschweißt werden. Unter nun erfolgender spezifischer Bezugnahme auf 10 kann die Innenfläche 244 des ringförmigen Hauptabschnitts 236' und/oder eine Vorderfläche 294 des radialen Randes 286 des ringförmigen Körpers 236 des Hohlrades 114 während des Vorwärmschritts vorgewärmt werden, je nachdem, wo die metallurgische Verbindung 216 erwünscht ist. Anschließend werden die Aluminiummittelplatte 212 und das Stahlhohlrad 214 so befestigt, dass die vorgewärmte Innenfläche 244 des ringförmigen Hauptabschnitts 236' und die Vorderfläche 294 des radialen Randes 286 mit einer Umfangskantenfläche 296 des distalen Endes 228 des kreisförmigen Körpers 218 und einer Rückfläche 298 des kreisförmigen Körpers 218 in Kontakt stehen, wie hier dargestellt. Die Aluminiummittelplatte 212 und das Stahlhohlrad 214 werden dann in Bezug zueinander gedreht, wobei eine der Komponenten 212, 214 gedreht wird und die andere der Komponenten 212, 214 stationär gehalten wird. Die relative Kontaktdrehbewegung, die zwischen den Flächen 244, 296 und 294, 298 auftritt, erzeugt Reibungswärme zwischen den Flächen 244, 296 und 294, 298 und erweicht die angrenzenden Bereiche 300, 302 des ringförmigen Hauptabschnitts 236' und des kreisförmigen Körpers 218 und die angrenzenden Bereiche 304, 306 des radialen Randes 286 und des kreisförmigen Körpers 218.
Eine aufgebrachte Kraft presst dann die Innenfläche 244 des ringförmigen Hauptabschnitts 236' und die Umfangskantenfläche 296 des distalen Endes 228 des kreisförmigen Körpers 218 (Kraft 256), die Vorderfläche 294 des radialen Randes 286 und die Rückfläche 298 des kreisförmigen Körpers 218 (Kraft 278) oder beide im Druckanwendungsschritt zusammen. Die aufgebrachte Kraft 256, 278 bewirkt eine plastische Verformung der komprimierten erweichten Bereiche 300, 302, 304, 306, um ihre jeweiligen Flächen 244, 296 und 294, 298 zusammenzuschmieden und schließlich die Festkörperverbindung 216 herzustellen. Die auf die Flächen 244, 296 des ringförmigen Hauptabschnitts 236' des ringförmigen Körpers 236 und des kreisförmigen Körpers 218 wirkende Kraft 256 kann hydraulisch aufgebracht werden, indem gegen die Widerstandskraft des distalen Endes 228 des kreisförmigen Körpers 218 radial nach innen gegen die Außenverzahnung 238 des Stahlhohlrades 214 gepresst wird, während die auf die Flächen 294, 298 des radialen Randes 286 des ringförmigen Körpers 236 und kreisförmigen Körpers 218 wirkende Kraft 278 durch hydraulisches Pressen axial gegen den ringförmigen Körper 238 der Aluminiummittelplatte 212 entgegen der Widerstandskraft des radialen Randes 286 des kreisförmigen Körpers 236 aufgebracht werden kann. falls erforderlich kann ein Dimensionskontrollelement 308 kann gegen den kreisförmigen Körper 218 der Aluminiummittelplatte 212 radial nach innen vom radialen Rand 286 des ringförmigen Körpers 236 des Stahlhohlrades 214 angeordnet sein, um dem Druck entgegenzuwirken, der axial gegen den kreisförmigen Körper 218 aufgebracht wird, und um eine Verzerrung des kreisförmigen Körpers 218 zu verhindern.
In allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers 36, 136, 236 des Stahlhohlrades 14, 114, 214 und der Umfang 24, 124, 224 des kreisförmigen Körpers 18, 118, 218 der Aluminiummittelplatte 12, 112, 212 die relativ zueinander gedreht und dann zusammengepresst werden, um die Festkörperverbindung 16, 116, 216 zu bilden, als parallel (Flächen 44, 50 in 5, Flächen 144, 150 in 8 and Flächen 244, 296 in 10) oder senkrecht (Flächen 170, 172 in 8 und Flächen 294, 298 in 10) zu der Drehachse 22 der hergestellten Verbundmetallflexplatte 10, 110, 210 dargestellt. Obwohl dies sicherlich akzeptabel ist und praktiziert werden kann, sind auch andere Grenzflächenkonfigurationen möglich. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 11 sind ein allgemeiner ringförmiger Körper 336 des Stahlhohlrades und ein allgemeiner Umfang 324 des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte in Bezug auf eine Drehachse 322 gezeigt, die in Längsrichtung durch die zentrale Öffnung der Mittelplatte verläuft. Die Fläche 335 des ringförmigen Körpers 336 soll gemeinsam die Innenflächen 14, 114, 244 der oben beschriebenen ringförmigen Körper 36, 136, 236 darstellen, und die Fläche 325 des Umfangs 324 des kreisförmigen Körpers soll gemeinsam die Außenflächen 50, 150 des axialen Randes 126, 226 und die Umfangskantenfläche 296 des kreisförmigen Körpers 218 darstellen, wie oben beschrieben. Wie dargestellt, kann die Fläche 335 des ringförmigen Körpers 336 relativ zur Drehachse 322 um einen Neigungswinkel α geneigt sein, und ebenso kann die Fläche 325 des Umfangs 324 des kreisförmigen Körpers relativ zur Drehachse 322 um einen Neigungswinkel β geneigt sein.
Separat und unter jetziger Bezugnahme auf 12 sind ein allgemeiner ringförmiger Körper 436 des Stahlhohlrades und ein allgemeiner Umfang 424 des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte dargestellt. Die Fläche 437 des ringförmigen Körpers 436 ist dazu gedacht, gemeinsam die Seitenfläche 170 des ringförmigen Körpers 136 und die Vorderfläche 294 des vorstehend beschriebenen radialen Randes 286 darzustellen, und die Fläche 427 des Umfangs 424 des kreisförmigen Körpers soll gemeinsam die Vorderfläche 172 des radialen Randes 162 und die Rückfläche 298 des kreisförmigen Körpers 218 darstellen, wie oben beschrieben. Wie dargestellt, kann die Fläche 437 des ringförmigen Körpers 436 relativ zu einer Ebene 431 senkrecht zur Drehachse 422 um einen Neigungswinkel θ geneigt sein, und ebenfalls kann die Fläche 427 des Umfangs 424 des kreisförmigen Körpers zur Ebene 431 senkrecht zur Drehachse 422 um einen Neigungswinkel γ geneigt sein. Jeder der Neigungswinkel α, β, θ, γ kann unabhängig voneinander größer als 0° sein und kann, falls implementiert, zwischen 10° und 80° oder enger zwischen 30° bis 60° liegen.
Die Neigungswinkel α, β, θ, γ können verwendet werden, um den Bereich zwischen der Fläche 335, 437 des ringförmigen Körpers 336, 436 und der Fläche 325, 427 des Umfangs 324, 424 des kreisförmigen Körpers zu vergrößern, wenn diese Flächen 325, 335 und 427, 437 während des Druckanwendungsschritts gepresst und zusammengeschmiedet werden. Auf diese Weise kann eine umfangreichere Festkörperverbindung hergestellt werden, was zu einer stärkeren und robusteren Verbindung führen kann. Zu diesem Zweck sind, wenn die Neigungswinkel α, β, zum Verbessern des Verbindungsbereichs angepasst sind, die Fläche 335 des ringförmigen Körpers 336 und die Fläche 325 des Umfangs 324 des kreisförmigen Körpers in die gleiche Richtung relativ zu der Drehachse 322 geneigt, um eine gegenüberliegende Beziehung aufrechtzuerhalten, wie in 11 dargestellt, wobei ihre jeweiligen Neigungswinkel α gleich oder um bis zu 15° verschieden voneinander sind. Die gleichen allgemeinen Bedingungen gelten, wenn die Neigungswinkel θ, γ zum Verbessern des Verbindungsbereichs angepasst sind; das heißt, die Fläche 437 des ringförmigen Körpers 436 und die Fläche 427 des Umfangs 424 des kreisförmigen Körpers sind in der gleichen Richtung wie die Ebene 431 senkrecht zur Drehachse 422 geneigt, um eine gegenüberliegende Beziehung aufrechtzuerhalten, wie in 12 dargestellt, wobei ihre jeweiligen Neigungswinkel θ, γ gleich sind oder sich um bis zu 15° unterscheiden.
Die obige Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen und spezielle Beispiele besitzen lediglich einen beschreibenden Charakter; sie sollen nicht den Umfang der folgenden Ansprüche begrenzen. Jeder der in den beigefügten Patentansprüchen verwendeten Begriffe sollte in seiner gewöhnlichen und allgemeinen Bedeutung verstanden werden, soweit nicht ausdrücklich und eindeutig in der Spezifikation anders angegeben.

Claims

Verbundmetallflexplatte, umfassend: eine Aluminiummittelplatte mit einem kreisförmigen Körper, der eine zentrale Öffnung um eine Drehachse der Verbundmetallflexplatte definiert, wobei der kreisförmige Körper einen Umfang aufweist; und ein Stahlhohlrad, das einen ringförmigen Körper und eine Außenverzahnung beinhaltet, die integral mit dem ringförmigen Körper ausgebildet und um diesen herum angeordnet sind, wobei der ringförmige Körper des Stahlhohlrades durch eine Festkörperverbindung an dem Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte befestigt ist.
Verbundmetallflexplatte nach Anspruch 1, worin der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand umfasst, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und worin die Festkörperverbindung zwischen dem axialen Rand des kreisförmigen Körpers und dem ringförmigen Körper des Stahlhohlrades hergestellt wird.
Verbundmetallflexplatte nach Anspruch 1, worin der Umfang des kreisförmigen Körpers einen axialen Rand umfasst, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und ferner umfassend einen radialen Rand, der sich von dem axialen Rand radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende des kreisförmigen Körpers versetzt ist, und worin die Festkörperverbindung zwischen mindestens einem von dem axialen Rand oder dem radialen Rand des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte und dem ringförmigen Körper des Stahlhohlrades hergestellt wird.
Verbundmetallflexplatte nach Anspruch 1, worin der ringförmige Körper des Stahlhohlrades einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen radialen Rand umfasst, der sich von dem ringförmigen Hauptabschnitt radial nach innen erstreckt, und worin die Festkörperverbindung zwischen dem kreisförmigen Körper der Aluminiummittelplatte und mindestens einem von dem ringförmigen Hauptabschnitt oder dem radialen Rand des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundmetallflexplatte, das Verfahren umfassend: Erwärmen einer Fläche eines ringförmigen Körpers eines Stahlhohlrades; Inkontaktbringen der Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades mit einer Fläche eines Umfangs eines kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, während die Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades noch erhitzt wird; Drehen einer der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades, während die andere Aluminiummittelplatte oder das andere Stahlhohlrad stationär bleibt, um Reibungswärme zwischen den Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlrohrrades und dem Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zu erzeugen, wobei die erzeugte Reibungswärme benachbarte erweichte Bereiche im ringförmigen Körper des Stahlhohlrades und des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte erzeugt; und Aufbringen einer Kraft auf die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, um die erweichten Bereiche plastisch zu verformen und die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenzuschmieden, um beim Abkühlen und Härten der erweichten Bereiche eine Festkörperverbindung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand beinhaltet, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, wobei der axiale Rand eine Außenfläche aufweist, die eine Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades kontaktiert, und worin das Drehen entweder der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung zwischen der Außenfläche des axialen Randes und der Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades führt, um dazwischen Reibungswärme zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte einen axialen Rand aufweist, der sich axial von einem distalen Ende des kreisförmigen Körpers erstreckt, und ferner einen radialen Rand aufweist, der sich von dem axialen Rand radial nach außen erstreckt und axial vom distalen Ende des kreisförmigen Körpers versetzt ist, und worin das Drehen der Aluminiummittelplatte oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung führt zwischen mindestens einer von (1) einer Außenflächen des axialen Randes und einer Innenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um dazwischen Reibungswärme zu erzeugen, oder (2) einer Vorderfläche des radialen Randes und eine Seitenfläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um dazwischen Reibungswärme zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, worin der ringförmige Körper und das Stahlhohlrad einen ringförmigen Hauptabschnitt und einen radialen Rand aufweisen, der sich vom ringförmigen Hauptabschnitt radial nach innen erstreckt, und worin das Drehen einer der Aluminiummittelplatten oder des Stahlhohlrades zu einer relativen Kontaktdrehbewegung führt zwischen mindestens einer von (1) einer Rückfläche eines ringförmigen Anschlussbereichs des ringförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte und einer Vorderfläche des radialen Randes des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades, um zwischen diesen Reibungswärme zu erzeugen oder (2) einer Innenfläche des ringförmigen Hauptabschnitts des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und einer Umfangskantenfläche des distalen Endes des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, um eine Reibungswärme dazwischen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, worin ein Dimensionskontrollelement gegen eine Fläche des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte angeordnet ist, um einer Verzerrung des kreisförmigen Körpers zu widerstehen, wenn die Kraft aufgebracht wird, die die erweichten Bereiche plastisch verformt und die Kontaktflächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenschmi edet.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundmetallflexplatte, das Verfahren umfassend: Bereitstellen eines Stahlhohlrades, das einen ringförmigen Körper und eine Außenverzahnung beinhaltet, die mit dem ringförmigen Körper integral und umlaufend angeordnet sind; Bereitstellen einer Aluminiummittelplatte, die einen kreisförmigen Körper mit einem Umfang aufweist, wobei der kreisförmige Körper eine zentrale Öffnung, einen ersten Satz von Befestigungsbohrungen nahe der zentralen Öffnung und einen zweiten Satz von Befestigungsbohrungen nahe dem Umfang definiert; Erwärmen einer Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades auf eine Temperatur über 200° C; Drehen der Fläche des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und einer Fläche des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte relativ zueinander, während die Flächen miteinander in Kontakt stehen und die Temperatur der Fläche des ringförmigen Körpers zwischen 200° C und 580° C liegt, wobei entweder das Stahlhohlrad oder die Aluminiummittelplatte stationär gehalten werden, um Reibwärme zwischen den Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und dem Umfang des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zu erzeugen, wobei die erzeugte Reibungswärme angrenzend an die erweichten Bereiche im ringförmigen Körper des Stahlhohlrades und des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte erzeugt wird; Aufbringen einer Kraft auf die Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte, die miteinander in Kontakt stehen, um die benachbarten erweichten Bereiche plastisch zu verformen und die Flächen des ringförmigen Körpers des Stahlhohlrades und des Umfangs des kreisförmigen Körpers der Aluminiummittelplatte zusammenzuschmieden, um beim Abkühlen und Härten der erweichten Bereiche eine Festkörperverbindung zu bilden.