DE102020128306A1 - Planetary carrier assembly, method of manufacturing a planetary carrier assembly and planetary gears - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Planetenträger-Baugruppe (1) bestehend aus wenigstens einer Trägerwange (2) eines Planetenträgers (3) und bestehend aus zumindest einer Welle (4), wobei die Trägerwange (2) und die Welle (4) an wenigstens einer Fügezone (5) durch Reibschweißen miteinander verbunden sind.The invention relates to a planet carrier assembly (1) consisting of at least one carrier cheek (2) of a planet carrier (3) and consisting of at least one shaft (4), the carrier cheek (2) and the shaft (4) being connected to at least one joining zone ( 5) connected to each other by friction welding.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Planetenträger-Baugruppe bestehend aus wenigstens einer Trägerwange eines Planetenträgers und bestehend aus zumindest einer Welle, wobei die Trägerwange und die Welle an wenigstens einer Fügezone durch Reibschweißen miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Planetenträger-Baugruppe und ein Planetengetriebe mit einer nach dem Verfahren hergestellten Planetenträgerbaugruppe.The planet carrier assembly consisting of at least one carrier cheek of a planet carrier and consisting of at least one shaft, the carrier cheek and the shaft being connected to one another by friction welding at at least one joining zone. The invention further relates to a method for producing such a planetary carrier assembly and a planetary gear with a planetary carrier assembly manufactured according to the method.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
In der
Ein Planetengetriebe mit einer Planetenträger-Baugruppe der Gattung ist in
In
Aus der
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Planetenträger-Baugruppe zu schaffen, die sich einfach und kostengünstig herstellen lässt.The object of the invention is to create a planet carrier assembly that can be produced easily and inexpensively.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the subject matter of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fügezone durch miteinander stoffschlüssig verbundene und konisch ausgebildete Fügebereiche gebildet ist.According to the invention, it is provided that the joining zone is formed by joining regions which are materially connected to one another and are of conical design.
Fügebereich sind aneinander liegende Fügekanten oder Fügeflächen, im konkreten Fall konische Flächen, an den Bauteilen, die beim Reibschweißen aneinander gerieben werden.Joining areas are joining edges or joining surfaces that lie against one another, in this specific case conical surfaces, on the components that are rubbed against one another during friction welding.
Die Fügezone ist die Zone, an welcher die Bauteile nach dem Reibschweißen miteinander durch das Reibschweißen unlösbar miteinander verbunden sind.The joining zone is the zone where the components are joined together after friction welding are inseparably connected to one another by friction welding.
Das Reibschweißen ist ein Schweißverfahren aus der Gruppe des Pressschweißens ohne Zusatzwerkstoffe. Dabei werden zwei Bauteile unter Druck relativ zueinander bewegt, wobei sich die Bauteile an den Kontaktflächen berühren. Durch die entstehende Reibung kommt es zur Erwärmung und Plastifizierung des Materials. Eine „Schweißnaht“ aus homogenen und den Werkstoffen beider Bauteile durchsetztem Material verbindet Bauteile stoffschlüssig an einem Schweißstoß.Friction welding is a welding process from the group of pressure welding without additional materials. Two components are moved relative to one another under pressure, with the components touching at the contact surfaces. The resulting friction causes the material to heat up and plasticize. A "weld seam" made of homogeneous material that is infused with the materials of both components connects components in a material-to-material manner at a weld joint.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird Rotationsreibschweißen angewendet. In diesem Fügeverfahren entstehen in der Regel vollflächige Kontaktverbindungen. Durch Drehen eines Werkstücks relativ zu einem anderen, während es unter Druckkräften (axialen Stauchkräften) steht, wird Reibung erzeugt, wodurch zwischen den beiden aneinander anliegenden Oberflächen Wärme entsteht und das Material plastifiziert wird.According to one embodiment of the invention, rotary friction welding is used. In this joining process, full-surface contact connections are usually created. Rotating one workpiece relative to another while under compressive (axial crushing) forces creates friction, which generates heat between the two mating surfaces and plasticizes the material.
Generell kann der Reibschweiß-Prozess durch folgende Schritte bzw. Phasen beschrieben werden:
- Anreiben - Drehen eines der Werkstücke; das andere Werkstück zugleich mit einem definierten Druck gegendrücken.
- Reiben - Die Berührungsflächen erwärmen sich durch bei Relativbewegung (Rotation) und den gleichzeitigen Druck entstehende Reibschweiß-Reibung und Plastifizieren der Materialien der Fügeflächen.
- Stauchen - Die Rotation wird gestoppt und der Druck noch einmal erhöht. Der plastifizierte Werkstoff kann so mit dem anderen Bauteil verbunden werden.
- Halten - Die beiden die Teile schnellstens und präzise zueinander zu positionieren bzw. positioniert und noch unter Druck halten und langsam abkühlen.
- rubbing - turning one of the workpieces; press the other workpiece at the same time with a defined pressure.
- Rubbing - The contact surfaces heat up as a result of the friction welding friction that occurs during relative movement (rotation) and the simultaneous pressure and plasticization of the materials on the joining surfaces.
- Upsetting - The rotation is stopped and the pressure is increased again. The plasticized material can thus be connected to the other component.
- Hold - The two to position the parts to each other as quickly and precisely as possible or to position them and keep them under pressure and cool them down slowly.
Dazu ist zu berücksichtigen, dass diese Schritte oder Phasen stufenlos und ohne Unterbrechung in einem Durchgang ausgeführt werden.It must be taken into account that these steps or phases are carried out steplessly and without interruption in one go.
Präzisions-Reibschweißen im Sinne der Erfindung ist rotierendes Reibschweißen, beispielsweise Rotierendes-Vibrationsschweißen, für rotationssymmetrische und um die Symmetrieachse drehbare Bauteile, vorzugsweise unter Verwendung des aufgleitenden Reibschweißens. Die zu verschweißenden Bauteile sind deshalb in den Fügebereichen konisch ausgelegt, so dass sie nach der Schweißung besser exakt miteinander fluchten. Die Fügebereiche werden ineinandergesteckt und zentrieren sich aufgrund ihrer Konizität radial aneinander vollständig zu ihrer Rotationsachse.Precision friction welding within the meaning of the invention is rotating friction welding, for example rotating vibration welding, for rotationally symmetrical components that can be rotated about the axis of symmetry, preferably using sliding friction welding. The components to be welded are therefore designed conically in the joining areas so that they are better aligned with each other after welding. The joining areas are plugged into one another and, due to their conicity, are centered radially on one another completely with respect to their axis of rotation.
Beim aufgleitenden Reibschweißen überlappen sich Fügebereiche der miteinander zu verbindenden Bauteile zumindest teilweise koaxial. Mindestens eines der Bauteile muss wenigstens eine zur Symmetrieachse bzw. Rotationsachse gerichtete und um diese umlaufende Innenfläche aufweisen. Das andere Bauteil muss die gleiche Anzahl von der Symmetrieachse bzw. Rotationsachse radial weggewandte und um die Achsen umlaufende Außenflächen mit radial ansteigender oder abfallender Kontur aufweisen. Mit bzw. in dieser Kontur nimmt es das andere Bauteil auf. Im konkreten Fall ist die innen- bzw. außenkonische Kontur der Bauteile im Fügebereich in die eine axiale Richtung durch eine Reduzierung des Außendurchmessers und des Innendurchmessers oder in die andere axiale Richtung durch eine Vergrößerung des Innendurchmessers und des Außendurchmessers gekennzeichnet. Dies ist jeweils in axialer Richtung ausgehend von einem Ende der Fügezone zu dem anderen Ende der Fügezone hin betrachtet.In the case of sliding friction welding, the joining areas of the components to be joined overlap at least partially coaxially. At least one of the components must have at least one inner surface that is directed towards the axis of symmetry or the axis of rotation and runs around it. The other component must have the same number of outer surfaces facing radially away from the axis of symmetry or the axis of rotation and surrounding the axes, with a radially increasing or decreasing contour. The other component picks it up with or in this contour. In this specific case, the inner or outer conical contour of the components in the joining area is characterized in one axial direction by a reduction in the outer diameter and the inner diameter or in the other axial direction by an increase in the inner diameter and the outer diameter. This is viewed in each case in the axial direction starting from one end of the joining zone towards the other end of the joining zone.
Generell korrespondieren die Flächen geometrisch hinsichtlich ihrer Abmessungen so, dass sich eine Steckverbindung zwischen den beiden Bauteilen ergibt, wenn diese axial ineinander geschoben werden. In der Regel ist allerdings zunächst entweder an dem Fügebereichen beider Bauteile oder an nur einem ein Materialüberschuss vorgesehen. Im Reibkontakt beim Reibschweißen verformt sich dieser Materialüberschuss so bzw. wird so plastisch verdrängt, dass die Bauteile in der Fügezone exakt miteinander verbunden sind. Aus dem dabei verdrängten Material des Materialüberschusses bildet seitlich der Fügezone ein Schweißwulst. Alternativ wird eine Ausweichzone vorgesehen, in welche das überflüssige Material ausweichen kann.In general, the surfaces correspond geometrically in terms of their dimensions in such a way that a plug-in connection results between the two components when they are pushed into one another axially. As a rule, however, an excess of material is initially provided either on the joining areas of both components or on only one. In the frictional contact during friction welding, this excess material deforms or is plastically displaced in such a way that the components in the joining zone are precisely connected to one another. A weld bead forms on the side of the joining zone from the excess material that is displaced in the process. Alternatively, an alternative zone is provided, into which the superfluous material can escape.
Es ist gegebenenfalls eine Nachbearbeitung des Schweißwulstes durch spanabhebende Verfahren oder Glätten durch Rollieren oder Walzen vorgesehen. Letzteres wird beispielsweise auch noch im heißen Zustand der Werkstoffe durchgeführt, wodurch gezielt Druckspannungen zur Vermeidung von Rissen in die Fügestelle eingebracht werden können und die Schweißnaht gegebenenfalls vollständig aufgefüllt wird.If necessary, post-processing of the weld bead by machining or smoothing by roller burnishing or rolling is provided. The latter is also carried out when the materials are still hot, for example, which means that compressive stresses can be introduced into the joint in a targeted manner to avoid cracks and the weld seam can be completely filled if necessary.
Durch die Anwendung des Reibschweißen ergeben sich verschiedene Vorteile:
- - Durch die Stauchkraft wird eine homogene Verbindung zwischen den Ausgangsmaterialien hergestellt.
- - Beim Reibschweißen sind keine Zusatzwerkstoffe, Flussmittel oder Schutzgase erforderlich.
- - Es entstehen keine Schweißspritzer.
- - Umlaufend gleichmäßiger Ausbildung einer Fügestelle, Schweißzone bzw. Schweißnaht mit sehr geringen radialen Abmessungen;
- - Reibschweißverbindungen weisen aufgrund der vollflächigen Anlage und dem homogenen Gefüge sehr hohe Qualitäten auf.
- - Sowohl gleiche als auch unterschiedliche Materialien können mit Hilfe dieser Technologie verbunden werden. Das betrifft zum Beispiel Werkstoffe und deren Kombinationen wie Stahl und Edelstahl, Kupfer und Aluminium, Kupfer bzw. Aluminium und Edelstahl, Titan und Aluminium. Beim Schweißen von Stahl lassen sich Kohlenstoffstahl und Edelstahl genauso miteinander kombinieren wie Stähle unterschiedlicher Legierungen bzw. abweichenden Legierungsbestandteilen bzw. Volumenanteilen von Legierungselementen.
- - hoher Automatisierungsgrad des Prozesses möglich;
- - kurze Taktzeiten bei der Herstellung der Schweißverbindung;
- - geringere Kosten - zum Beispiel, weil keine Zusatzwerkstoffe benötigt werden, wegen der Automatisierung und weil die Taktzeiten kurz sind;
- - Das Verfahren kann bei der Herstellung von Baugruppen mit in geringer oder hoher Stückzahl von einzelnen Verbindungen für Einzelstücke bzw. Muster bis hin zur Großserienfertigung geeignet eingesetzt werden.
- - The compression force creates a homogeneous connection between the starting materials.
- - No additional materials, fluxes or shielding gases are required for friction welding.
- - There are no weld spatters.
- - Circumferentially uniform formation of a joint, welding zone or weld seam with very small radial dimensions;
- - Due to the full-surface contact and the homogeneous structure, friction-welded connections have very high qualities.
- - Both the same and different materials can be joined using this technology. This applies, for example, to materials and their combinations such as steel and stainless steel, copper and aluminum, copper or aluminum and stainless steel, titanium and aluminum. When welding steel, carbon steel and stainless steel can be combined with one another, as can steels of different alloys or different alloy components or volume fractions of alloy elements.
- - high degree of automation of the process possible;
- - short cycle times in the production of the welded joint;
- - lower costs - for example, because no additional materials are required, because of the automation and because the cycle times are short;
- - The method can be used in the manufacture of assemblies with small or large numbers of individual connections for individual pieces or samples up to large-scale production.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
1 zeigtein Planetengetriebe 20 mit einer Planetenträger-Baugruppe 1 in einem Längsschnitt entlang der Rotations- bzw.Zentralachse 12. Die 2 und3 zeigen eine Trägerwange 2 und dieWelle 4 der in1 gezeigten Planetenträger-Bautruppe 1 jeweils in einer Gesamtansicht und in einer Ausgangsposition, aus welcher diese beiden Bauteile aufeinander zu bewegt und durch Reibschweißen miteinander verbunden werden.-
4 zeigt eine aus der Trägerwange 2 und derWelle 4 gebildete Vorstufe einer in6 gezeigten Vormontagebaugruppe 13, in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 12. - In
5 ist diemit 4 beschriebene Vorstufe der Vormontagebaugruppe 13 in einer Gesamtansicht dargestellt. -
6 zeigt die fertige Vormontagebaugruppe 13 in einer Gesamtansicht. - In
7 ist die fertige Planetenträger-Baugruppe 1 in einem Längsschnitt entlang der Zentralachse 12 abgebildet. - In
8 ist die Planetenträger-Baugruppe 1 in einer Gesamtansicht dargestellt.
-
1 shows aplanetary gear 20 with aplanetary carrier assembly 1 in a longitudinal section along the rotation orcentral axis 12. - the
2 and3 show acarrier cheek 2 and theshaft 4 of the1 shown planetcarrier construction team 1 each in an overall view and in a starting position, from which these two components are moved towards each other and connected to each other by friction welding. -
4 shows a precursor of an in6 shownsubassembly 13, in a longitudinal section along thecentral axis 12. - In
5 is the one with4 described precursor of thepre-assembly assembly 13 shown in an overall view. -
6 shows the finishedpre-assembly assembly 13 in an overall view. - In
7 the finishedplanet carrier assembly 1 is shown in a longitudinal section along thecentral axis 12 . - In
8th theplanet carrier assembly 1 is shown in an overall view.
BezugszeichenlisteReference List
- 33
-
1 Planetenträger-Baugruppe 2 Trägerwange Planetenträger1
Planet carrier assembly 2 Carrier cheek Planet carrier - 44
- WelleWave
- 55
- Fügezonejoining zone
- 66
- erster Fügebereichfirst joining area
- 77
- zweiter Fügebereichsecond joining area
- 88th
- innenkonische erste Flächeinner conical first surface
- 99
- außenkonische zweite Flächeexternally conical second surface
- 1010
- Flanschflange
- 1111
- nicht vergebennot forgiven
- 1212
- Zentralachsecentral axis
- 1313
- Vormontagebaugruppepre-assembly assembly
- 1414
- Trägerwangecarrier cheek
- 1515
- Planetenradplanet wheel
- 1616
- Planetenbolzenplanet bolt
- 1717
- Verbindungsstegeconnecting bars
- 1818
- Durchgangslochthrough hole
- 1919
- Durchgangslochthrough hole
- 2020
- Planetengetriebeplanetary gear
- 2121
- Bolzenachsebolt axle
- 2222
- Planetenlagerplanetary bearings
- 2323
- Durchgangslochthrough hole
- 2424
- Schweißwulstwelding bead
- 2525
- Schweißwulstwelding bead
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |