DE102019127546A1

DE102019127546A1 - Planetenträger mit aus Trägerhälften geschaffenen durchgestellten Nieten und Fertigungsverfahren für Nietverbindung

Info

Publication number: DE102019127546A1
Application number: DE102019127546.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Keck; Ralph Schimpf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung (1) zwischen einer als Blechbauteil (4) ausgebildeten Trägerwange (2) eines Planetenträgers (5) und einem weiteren Blechbauteil (3), wobei ein Niet (6) einteilig und einmaterialig mit einem ersten der Blechbauteile (4) ausgebildet ist, wobei der Niet (6) aus Vollmaterial und geschlossen ist, sowie axial ein Durchgangsloch (8) des anderen Blechbauteils (3) durchgreift, wobei der Niet (6) zumindest teilweise über den Rand des Durchgangsloches (8) hinaus steht und dabei an einer von dem ersten Blechbauteil (4) abgewandten Seite des zweiten Blechbauteils (3) an einer Umrandung des Durchgangsloches (8) anliegt. Die Erfindung betrifft auch eine Ölpumpe mit einem Planetenradsatz, der in einem über eine Nietverbindung (1) der erfindungsgemäßen Art unlösbar verbundenen Planetenträger (5) gelagert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen einer Nietverbindung (1), wobei ein durch Fließpressen oder Anschneiden aus einem als Trägerwange (2) einzusetzenden Blechbauteil (4) durch ein Durchgangsloch (8) eines weiteren Blechbauteils (3) durchgestellt wird, bis ein Zapfen (7) durch das Durchgangsloch (8) hindurchgeschoben ist und dabei wenigstens abschnittsweise über die der Trägerwange (2) abgewandte Oberfläche des weiteren Blechbauteils (3) hinaus ragt, gefolgt von einem Prägen oder Stauchen des Zapfens (7) auf Abmessungen, die größer als der Rand des Durchgangsloches (8) sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nietverbindung zwischen einer als Blechbauteil ausgebildeten Trägerwange eines Planetenträgers und einem weiteren Blechbauteil, wobei ein Niet einteilig und einmaterialig mit einem ersten der Blechbauteile ausgebildet ist.
Üblicherweise werden Planetenträger aus Trägerwangen zusammengesetzt. Solche Trägerwangen können auch als Planetenträgerhälften bezeichnet werden. Die Trägerwangen werden üblicherweise über Nieten und/oder Schweißverbindungen miteinander verbunden.
Der Nachteil von Verschweißungen ist das Vorhalten müssen eines zusätzlichen Prozessschrittes. Bei Vernietungen fällt ein solch zusätzlicher Prozessschritt auch an. Auch haben Vernietungen immer ein Handling-Problem. So müssen zusätzliche Bauteile zur Montagelinie zugeführt werden, was nicht immer komplikationslos ist. Insbesondere, wenn Planetenträger für Ölpumpen zur Verfügung gestellt werden, welche einen Außendurchmesser von nur ca. 40 mm haben können, ist der Handling-Aufwand bei den bisherigen Ausgestaltungen insbesondere in puncto Fügeprozess schwierig. Das heißt, dass Schweißen oder Nieten in einer extra Anlage Zusatzkosten nach sich zieht und der dafür notwendige Zusatzprozess bei der Größe extra Entwicklungsaufwand erfordert.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verbindungsarten von Blechbauteilen, insbesondere bei Getrieben bekannt. So offenbart bspw. die DE 10 2006 018 496 A1 eine Verbindungsgestaltung von Blechbauteilen eines Getriebes, wobei die Verbindung zumindest einen Formschluss zwischen wenigstens einem ersten Blechbauteil und mindestens einem zweiten Blechbauteil aufweist und dabei der Formschluss des wenigstens einen aus dem ersten Blechbauteil hervorstehenden Zapfens gebildet ist, wobei der Zapfen in eine zumindest teilweise mit der äußeren Kontur des Zapfens korrespondierende Öffnung an dem zweiten Blechbauteil eingreift.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben identifizierten Nachteile abzustellen und eine besonders langlebige Verbindung bei Planetenträgern zur Verfügung zu stellen, die allerdings auch einfach herzustellen ist und kostengünstig ist. Es soll also ein kostenoptimiertes Design gefunden werden, um in den akzeptablen Preisbereich zu kommen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Nietverbindung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Niet aus Vollmaterial und geschlossen ist, sowie axial ein Durchgangsloch des anderen Blechbauteils durchgreift, wobei der Niet zumindest teilweise / partiell über den Rand des Durchgangsloches hinaussteht und dabei an einer von dem ersten Blechbauteil abgewandten Seite des zweiten Blechbauteils an einer Umrandung des Durchgangsloches anliegt.
Das Vernieten mit durchgestellten Nieten an den Planetenhälften wird bspw. in einer Presse umgesetzt und erfordert keinen zusätzlichen Investitionsaufwand und keine Zusatzanlage. Der Kerngedanke besteht also darin, dass der Planetenträger fertig verbunden aus der Presse kommt. Das heißt, beide Planetenträgerhälften werden in einem zweireihigen Werkzeug parallel fertigbar und am Ende durch einen Schwenkmechanismus übereinander orientiert oder orientierbar. In einer Planetenträgerhälfte sind durchgestellte Nieten ausgebildet und in der anderen gestanzte Löcher enthalten. Nach dem Schwenken werden die Nieten eingefädelt und noch in der Presse vernietet. Auf diese Weise wird eine stabile und langlebige Nietverbindung bei einem Planetenträger geschaffen, ohne hohe Kosten nach sich zu ziehen oder Zusatzanlagen zu benötigen. Zusätzlicher Investitionsaufwand wird vermieden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der Niet einen geschlossenen und in allen im Durchgangsloch angeordneten Schnittebenen ausgefüllten Querschnitt besitzt. Eine hohe Belastbarkeit der Nietverbindungen ist dann die Folge. Große Zugkräfte, welche auf beide Trägerwangen wirken, können dann versagensfrei übertragen werden.
Um die Montage problemlos gewährleisten zu können, ist es von Vorteil, wenn der Niet als Zapfen ausgebildet ist, dessen in Axialrichtung gemessene Länge größer als die axial gleichgerichtete Blechdicke der Trägerwange ist. Ein sicheres Einfädeln des Zapfens in das Durchgangsloch kann dann gewährleistet werden, mit anderen Worten heißt das, insbesondere wenn der Zapfen länger ist, kann der Niet auf der Gegenseite so umgeformt werden, dass eine belastbare Nietverbindung entsteht. Auch ist dann eine blockierende Umformung des durch das Durchgangsloch durchragenden Endes des Zapfens mit Rollier- oder Stemmprozessen einfach realisierbar.
Wenn der Niet als Zapfen ausgebildet ist, dessen (in Radialrichtung gemessene) Dicke oder Größe gleich der axialen / in Axialrichtung gemessenen Blechdicke des ersten Blechbauteils und/oder des zweiten Blechbauteils ist, vorzugsweise kleiner als das Dreifache der Blechdicke, so werden Risse und Sprünge im Material des den zapfenstellenden Bauteils verhindert. Bei druckbedingtem Erzwingen eines plastischen Verformens, insbesondere Fließens im Bereich des Zapfens, wird dann eine besonders belastbare und fehlerfreie Verbindung möglich.
Es ist von Vorteil, wenn das weitere Blechbauteil als weitere Trägerwange / Planetenträgerhälfte, als eine Scheibe oder als ein Kupplungslamellenträger ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich einfach ein vollständiger Planetenträger erreichen, an einem Planetenträger ein Zusatzbauteil befestigen, oder eine Kupplung mit Lamellenträgern einfach aufbauen.
Für einen guten Zusammenhalt der Einzelbauteile ist es von Vorteil, wenn ein das Durchgangsloch durchdringendes trägerwangenfernes Ende des Niets einen radialen Wulst / eine radiale Erweiterung besitzt, der in eine Durchmessererweiterung des Durchgangsloches greift und vorzugsweise diese nahezu oder vollständig formschlüssig ausfüllt. Ein besonders belastbarer Form- und Kraftschluss ist dann die Folge.
Es hat sich auch bewährt, wenn sich von der dem zweiten Blechbauteil abgewandten Seite der Trägerwange eine Verform-Werkzeugaufnahme am Niet in Richtung des zweiten Blechbauteils bis vor den Bereich des Durchgangsloches erstreckt. Auf diese Weise wird das Material im Bereich des Durchgangsloches des Niets nicht geschwächt, aber ein sicherer Wirkzugang für ein Werkzeug während der Verformung des Niets zur Befestigung der beiden Blechbauteile aneinander ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen im Bereich des Durchgangsloches über eine vorbestimmte Länge einen runden Querschnitt aus plastisch verformten Material besitzt, wobei der Außendurchmesser des Zapfens exakt dem Innendurchmesser des Durchgangsloches entspricht. Dies liegt daran, dass während des Erzielens der Nietverbindung, jenes durch das Durchgangsloch geschobene, plastisch verformte / fließende Material, dann an der Innenseite des Durchgangsloches direkt anliegt. Das direkte Anliegen ist der Stabilität des Planetenträgers zuträglich. Der runde Querschnitt des Durchgangsloches ermöglicht kostengünstige Fertigungsarten, insbesondere ein Stanzen mit dauerfesten aber kostengünstigen Matrizen, genauso wie auch ein Bohren.
Es hat sich auch bewährt, wenn der Wulst die Umrandung des Durchgangsloches hintergreift, da dadurch ein besonders sicherer und belastbarer Formschluss erzwingbar ist.
Wenn der Zapfen an einem oder beiden Enden eine ballige / konkave Vertiefung besitzt, so können Werkzeuge und Halter präzise / zentriert in Anlage gebracht werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Ölpumpe mit einem Planetenradsatz, der in einem über eine erfindungsgemäße Nietverbindung unlösbar verbundenen Planetenträger gelagert ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen einer Nietverbindung, wobei ein durch Fließpressen oder Anschneiden aus einem als Trägerwange einzusetzenden Blechbauteil durch ein Durchgangsloch eines weiteren Blechbauteils durchgestellt wird, bis ein dadurch geschaffener Zapfen durch das Durchgangsloch hindurchgeschoben ist und dabei wenigstens abschnittsweise über die der Trägerwange abgewandten Oberfläche des weiteren Blechbauteils hinaus ragt, gefolgt von einem Prägen oder (Rück-)Stauchen des Zapfens auf Abmessungen, die größer als der Rand des Loches sind, insbesondere auf einen Außendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des Durchgangsloches ist. Es ist dabei erwähnenswert, dass dieses Rückstauchen im Sinne einer bevorzugten Ausführungsform noch in der Tiefziehpresse erfolgt und nicht in einer extra Nietanlage, was jedoch auch möglich ist, aber eben gerade nicht bevorzugt ist.
Entsprechend wird es möglich, in einem (einzigen) Werkzeug den Niet aus der Trägerwange zu drücken, in das Durchgangsloch einzufädeln und dort zu fixieren. Für das verformende Fixieren bieten sich Stemm-, Walz- und/oder Rollier-Verfahren an.
Es wird aber auch möglich, erst das eine Blechbauteil in einem ersten Werkzeug so vorzubereiten, dass der Niet absteht, separat dazu das zweite Blechbauteil mit dem Durchgangsloch, bspw. über Bohren oder Stanzen zu versehen, nachfolgend die beiden Blechbauteile miteinander zu koppeln, sodass der Niet durch das Durchgangsloch ragt, um abschließend mittels eines Stemm- und/oder Rollier-Vorganges ein Verformen des Niets zu erzwingen.
Das Durchgangsloch kann stufig ausgebildet werden, was den Vorteil besitzt, dass im größeren Durchmesserbereich der Wulst bündig mit der Oberfläche des zweiten Blechbauteils aufnehmbar ist. Während die eine Planetenhälfte die durchgestellten Nieten aufweist, weist die andere Planetenträgerhälfte eine wünschenswerte gestufte Durchgangslochgestaltung auf, welche entweder gestanzt oder alternativ gebohrt ist. Diese beiden Planetenträgerhälften werden in Werkzeugen der Presse parallel gefertigt und schon so orientiert, dass sie richtig übereinander geschwenkt werden können. Sind die beiden Planetenträgerhälften fertig, wird eine der Planetenträgerhälften über die andere geschwenkt und beide so übereinandergelegt, dass die durchgestellten Nieten in die gestuften Durchgangslöcher ragen. Im Endschritt des Pressens werden die Nieten durch ein Verpressen bspw. mittels einer Pressenstufe umgeformt und bilden so eine Nietverbindung aus. Die fertige Nietverbindung ist besonders belastbar.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Verfahren, nämlich das Durchstellen durch ein Loch des Gegenparts mittels a) Fließpressens oder Anschneidens und b) Durchschiebens eines Zapfens über die Wand hinaus, so dass der Kopf des Zapfens hervorsteht / übersteht, gefolgt von einem Rückstauchen des vorstehenden Teils des Zapfens durch Prägen bzw. Stauchen auf Abmessungen, die größer als der Rand des Loches sind bzw. von ihm vorgegeben sind.
Auch betrifft die Erfindung eine Nietverbindung zwischen einer Trägerwange eines Planetenträgers und einem Blechbauteil, indem der Niet integral, einteilig und einmaterialig mit einem ersten der Blechbauteile ausgebildet ist, der Niet aus Vollmaterial geschlossen ist und axial ein Durchgangsloch des anderen Blechbauteils durchgreift und zumindest partiell radial über den Rand des Loches hinaussteht, sowie dabei an einer von dem ersten Blechbauteil abgewandten Seite des zweiten Blechbauteils an einer Umrandung des Loches anliegt. Die Länge des Zapfens ist dabei größer als die axial gleichgerichtete Blechdicke der Wange. Die Dicke des Zapfens ist mindestens so groß oder größer als die axiale Blechdicke.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht auf drei erfindungsgemäße Nietverbindungen in einem Planetenträger, wobei die Nietverbindung die Trägerwangen des Planetenträgers miteinander unlösbar verbindet,
2 einen Querschnitt entlang der Linie II aus 1,
3 eine Teilansicht nur jenes als Trägerwange ausgebildeten Blechbauteils, an welchem drei integral ausgebildete Nieten in Axialrichtung abstehen und
4 das weitere Blechbauteil mit seinen Durchgangslöchern, die zur Aufnahme der Nieten vorbereitet sind.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der Unteransprüche können in unterschiedlichsten Kombinationen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs kombiniert werden.
In 1 sind drei Nietverbindungen 1 zwischen einer Trägerwange 2 und einem weiteren Blechbauteil 3 vorhanden. Die Trägerwange 2 ist auch ein Blechbauteil, das zusätzlich mit dem Bezugszeichen 4 referenziert ist. Die beiden Blechbauteile 3 und 4 bilden zusammen einen Planetenträger 5.
Das Blechbauteil 4, also die Trägerwange 2, bildet mit ihrem Material einen einteiligen, einmaterialigen, integral ausgebildeten Niet 6. Dieser Niet 6 hat die Form eines Zapfens 7. Diese Zapfenform ist besonders gut in 3 erkenntlich.
Das weitere Blechbauteil 3 weist ein Durchgangsloch 8 auf. Das Durchgangsloch 8 kann gebohrt oder gestanzt sein. Besonders klar ist das Durchgangsloch 8 in der 4 zu erkennen.
Zurückkommend auf 1 wird klar, dass die Nieten 6 durch die Durchgangslöcher 8 hindurchgreifen, wie es auch in 2 gut zu erkennen ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Planetenträger 5 vorbereitet, um im Bereich von Bolzenaufnahmen 9 Bolzen zur drehbaren Lagerung von nicht dargestellten Planetenrädern einzusetzen.
Da drei Bolzenaufnahmen 9 vorhanden sind und die Nieten 6 immer über den Umfang gesehen dazwischen angeordnet sind, gibt es auch drei Nieten 6, die jeweils um 120° zueinander versetzt sind. Es ist jedoch jegliche beliebige Teilung und Anzahl von Bolzenaufnahmen 9 denkbar.
Die Blechdicken der beiden Blechbauteile 3 und 4 sind grundsätzlich immer gleich, außer in dem Bereich, in dem der Niet 6 absteht. Eine kleine Abwandlung gibt es auch im Bereich des Durchgangsloches 8. Dort gibt es nämlich einen Bereich einer Durchmessererweiterung 10. Hier sei auf die 2 verwiesen, in der auch grafisch dargestellt ist, dass ein Wulst 11, an einem dem Blechbauteil 3 zugewandten Ende 12 des Niets 6 in dem Bereich der Durchmessererweiterung 10 diesen ausfüllend eingreift. Dadurch wird ein Hinterschnitt 13 gebildet.
Ferner gibt es auf der Trägerwangenseite des Niets 6 eine Verform-Werkzeugaufnahme 14. Diese Verform-Werkzeugaufnahme 14 ist ein sacklochartiger Hohlraum, der in seiner Mitte und bodenseitigem Ende eine Konkavität 15 besitzt. Auch auf der gegenüberliegenden Seite des Niets 6, an seinem Ende 12, gibt es eine solche Konkavität 15.
In Zusammenschau der 3 und 4 einerseits und 1 und 2 andererseits, wird das Fertigungsverfahren auch klar, da zum einen sowohl die Trägerwange 2, als auch das weitere Blechbauteil 3 in einem eigenen Werkzeug fertigbar sind. Die Werkzeuge könnten so gestaltet sein, dass beim Herausdrücken des Niets 6 aus dem Material der Trägerwange 2 der dadurch gebildete Zapfen 7 gleich in das vorher gestanzte und gestuft ausgeformte Durchgangsloch 8 eingreift. Natürlich kann dies auch in mehreren Schritten erfolgen und nicht in einem einzigen Schritt.
Es würde in beiden Fällen aber möglich, dass bei einem Schließen des Werkzeuges die radial erweiternde Verformung an dem Ende 12 des Niets 6 der Wulst 11 am Zapfen 7 gebildet wird, der zur Erzwingung des Hintergriff 16 im Bereich des Hinterschnitts 13 genutzt wird. Bedeutsam ist, dass der Zapfen 7 durch eine Materialverschiebung oder einen Fließvorgang des Materials der Trägerwange 2 erschaffen wird.
Es ist einsichtig, dass der Zapfen 7 am Ende 12 eine angefaste oder angespitzte Form haben sollte. Dadurch kann er gut durch das Durchgangsloch 8 hindurchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Nietverbindung
2: Trägerwange
3: weiteres / (zweites) Blechbauteil
4: (erstes) Blechbauteil
5: Planetenträger
6: Niet
7: Zapfen
8: Durchgangsloch
9: Bolzenaufnahme
10: Durchmessererweiterung
11: Wulst
12: Ende
13: Hinterschnitt
14: Verform-Werkzeugaufnahme
15: Konkavität
16: Hintergriff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006018496 A1 [0004]

Claims

Nietverbindung (1) zwischen einer als Blechbauteil (4) ausgebildeten Trägerwange (2) eines Planetenträgers (5) und einem weiteren Blechbauteil (3), wobei ein Niet (6) einteilig und einmaterialig mit einem ersten der Blechbauteile (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (6) aus Vollmaterial und geschlossen ist, sowie axial ein Durchgangsloch (8) des anderen Blechbauteils (3) durchgreift, wobei der Niet (6) zumindest teilweise über den Rand des Durchgangsloches (8) hinaus steht und dabei an einer von dem ersten Blechbauteil (4) abgewandten Seite des zweiten Blechbauteils (3) an einer Umrandung des Durchgangsloches (8) anliegt.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (6) einen geschlossenen und in allen im Durchgangsloch (8) angeordneten Schnittebenen ausgefüllten Querschnitt besitzt.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (6) als Zapfen (7) ausgebildet ist, dessen Länge größer als die axial gleichgerichtete Blechdicke der Trägerwange (2) ist.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet (6) als Zapfen (7) ausgebildet ist, dessen Dicke größer oder gleich der axialen Blechdicke des ersten Blechbauteils (4) und/oder des zweiten Blechbauteils (3) ist.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Blechbauteil (3) als weitere Trägerwange (2), als eine Scheibe oder als ein Kupplungslamellenträger ausgebildet ist.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Durchgangsloch (8) durchdringendes trägerwangenfernes Ende (12) des Niets (6) einen radialen Wulst (11) besitzt, der in eine Durchmessererweiterung (10) des Durchgangsloches (8) greift.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der dem zweiten Blechbauteil (3) abgewandten Seite der Trägerwange (2) eine Verform-Werkzeugaufnahme (14) am Niet (6) in Richtung des zweiten Blechbauteils (3) bis vor den Bereich des Durchgangsloches (8) erstreckt.
Nietverbindung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (7) im Bereich des Durchgangsloches (8) über eine vorbestimmte Länge einen runden Querschnitt aus plastisch verformtem Material besitzt, dessen Außendurchmesser exakt dem Innendurchmesser des Durchgangsloches (8) entspricht.
Ölpumpe mit einem Planetenradsatz, der in einem über eine Nietverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche unlösbar verbundenen Planetenträger (5) gelagert ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Nietverbindung (1), wobei ein durch Fließpressen oder Anschneiden aus einem als Trägerwange (2) einzusetzenden Blechbauteil (4) durch ein Durchgangsloch (8) eines weiteren Blechbauteils (3) durchgestellt wird, bis ein Zapfen (7) durch das Durchgangsloch (8) hindurchgeschoben ist und dabei wenigstens abschnittsweise über die der Trägerwange (2) abgewandte Oberfläche des weiteren Blechbauteils (3) hinaus ragt, gefolgt von einem Prägen oder Stauchen des Zapfens (7) auf Abmessungen, die größer als der Rand des Durchgangsloches (8) sind.