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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines Einlegeteils aus einem ersten Material mit einem umformbaren zweiten Material mittels eines Umformwerkzeugs. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem Motorgehäuse, welches weitere Komponenten umfasst, sowie auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Gehäuses eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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DE 10 2010 062 753 A1 offenbart eine Lageranordnung mit einem Lagerschild für einen Stellgeber, insbesondere für eine Drosselklappe. Das Lagerschild weist dabei einen Lageraufnahmebereich zur Aufnahme eines Lagers auf.
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DE 10 2008 000 448 B4 bezieht sich auf ein Achsgehäuse für ein Ausgleichsgetriebe mit mindestens einem als Zwischengehäuse gebildeten Bauteil. In einer Ausführungsvariante umfasst das Achsgehäuse zwei derartige Bauteile, wobei ein erstes Bauteil scheibenförmig als Lagerschild ausgebildet ist und über einen Lagersitz ein Wälzlager aufnimmt, während ein zweites Bauteil einen Lagersitz aufweist, welcher ein Wälzlager aufnimmt.
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DE 10 2007 051 388 A1 bezieht sich auf einen Elektromotor mit einem Lagerschild zur Aufnahme eines Lagers. Das Lagerschild kann mittels eines Umformverfahrens hergestellt werden.
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In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kommen in deren elektrischen Antriebssträngen vormontierte E-Achsen-Module zum Einsatz, deren Gehäuse überwiegend mittels des Druckgussverfahrens hergestellt werden. Diese haben üblicherweise zur Verbesserung der Laufeigenschaften sowie zur Verbesserung des Lagersitzes eine umgossene Einlegestahlbuchse. Durch die umgossene Einlegestahlbuchse bleibt ein zulässiges Lagerspiel im oberen Temperaturbereich in vertretbaren Grenzen.
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Mittels Umformverfahren, wie beispielsweise Fließpressen, hergestellte Gehäuse umfassen in der Regel keine Stahlbuchsen. Der Grund dafür liegt darin, dass ein einträgliches Einpressen der Stahlbuchse in ein mittels Fließpressverfahrens hergestelltes Gehäuse sehr aufwändig wäre, da weitere Zwischenschritte erforderlich sind. Daher sind mittels Umformverfahren hergestellte Motorgehäuse beziehungsweise Lagerschilde eher selten, da größere Statordurchmesser und in der Folge größere Motorgehäuse aufgrund zu hoher aufzubringender Presskräfte nicht mehr hergestellt werden können. Würden durch Umformverfahren, beispielsweise Fließpressverfahren, hergestellte Gehäuse bei derartigen Anwendungen ohne Stahlbuchse eingesetzt, resultierte daraus, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, ein erhöhtes Lagerspiel, mit entsprechenden negativen Auswirkungen.
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Darstellung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zum Fügen eines Einlegeteils aus einem ersten Material mit einem mittels eines Umformwerkzeugs umformbaren zweiten Material mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:
- a) Anordnen des Einlegeteils aus dem ersten Material im Umformwerkzeug an einer Zentrierung,
- b) Einarbeiten des umformbaren zweiten Materials in eine Form des Umformwerkzeugs, derart, dass
- c) das in einer Einlegeposition angeordnete Einlegeteil vom umformbaren zweiten Material im Umformwerkzeug umschlossen wird und zwischen dem Einlegeteil und dem umformbaren zweiten Material eine Formschlussverbindung ausgebildet wird.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann in vorteilhafter Weise ein kostengünstiges Umformverfahren, so zum Beispiel das Fließpressverfahren herangezogen werden, um Gehäuseteile sowie Lagerdeckel für E-Achsen-Module bereitzustellen, in denen durch während der Herstellung derartiger Gehäuse beziehungsweise Gehäusedeckel integrierte Laufflächen die Laufruhe, beispielsweise für Wälzlager und weitere Komponenten, erheblich verbessert werden kann und andererseits hiermit eine kostengünstige Herstellungsalternative gegeben ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird gemäß Verfahrensschritt a) das Einlegeteil in der Einlegeposition an der Zentrierung anliegend angebracht und auf einem Boden des Umformwerkzeugs liegend angeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird eine Aluminiumknetlegierung gemäß Verfahrensschritt b) als umformbares zweites Material in die Form des Umformwerkzeugs eingearbeitet. Es können hier sämtliche Rein- und Reinst-Aluminiumlegierungen sowie Aluminiumknetlegierungen nach DIN EN 573 Teil 1-4 eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird das Einlegeteil aus einem ersten Material, wie beispielsweise einem Stahl oder einer Stahllegierung, gefertigt, einem Material mit identischen oder ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Lageraußenring.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird als Einlegeteil beispielsweise eine Stahlbuchse eingesetzt, die eine mit einer sehr hohen Oberflächengüte bearbeitete Innenumfangsfläche aufweist. Somit kann im ansonsten mittels eines Umformverfahrens wie des Fließpressens, kostengünstig gefertigten Gehäuse beziehungsweise einem Gehäusedeckel eine Oberfläche für eine Lagerung dargestellt werden, die eine sehr hohe Laufruhe aufweist.
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In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird als Einlegeteil eine Stahlbuchse eingesetzt, mit einer Mantelfläche, in der mindestens eine Umfangsnut verläuft. Die mindestens eine Umfangsnut in der Mantelfläche der eingesetzten Stahlbuchse kann sich entlang des gesamten Umfangs des Einlegeteils kontinuierlich erstrecken oder auch teilweise unterbrochen entlang des Umfangs des Einlegeteils verlaufen.
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Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren können auf kostengünstige Weise Gehäusedeckel, Lagerschilde oder Gehäuseteile eines E-Achsen-Moduls für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gefertigt werden.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren lässt sich mittels der Formschlussverbindung zwischen dem Einlegeteil und dem umformbaren zweiten Material, beispielsweise eines Gehäusedeckels die Formschlussverbindung als Axialsicherung des Einlegeteils im Gehäusedeckel nutzen. Dadurch können weitere Komponenten zur Ausbildung einer Axialsicherung entfallen. Beim nachträglichen Einpressen einer Stahlbuchse ist ein Formschluss nur über ein zusätzliches Verstemmen herstellbar, so dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kostengünstiger ist.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem Motorgehäuse, welches weitere Komponenten umfasst, wobei mindestens eine Baugruppe des Gehäuses ein Einlegeteil umfasst, welches aus einem ersten Material gefertigt wird und von einem umformbaren zweiten Material umschlossen ist, wobei zwischen dem Einlegeteil und dem umformbaren zweiten Material eine Formschlussverbindung ausgeführt ist.
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Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Gehäuses eines E-Achsen-Moduls eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können zur Herstellung von Gehäuseteilen, so zum Beispiel Lagerschilden oder Gehäusedeckeln sowie Gehäusemänteln von E-Achsen-Modulen neben dem Druckgussverfahren auch preisgünstige Umformverfahren, wie beispielsweise das Fließpressen eingesetzt werden. Durch während der Herstellung von Lagerdeckeln oder Gehäusedeckeln oder dergleichen in diese integrierte Einlegeteile, wie beispielsweise eine eine hohe Oberflächengüte aufweisende Stahlbuchse, können an den kritischen Stellen Teile zum Einsatz kommen, die eine hohe Laufruhe gewährleisten. Diese können während der Fertigung von Gehäusedeckeln oder Lagerschilden mittels eines Umformverfahrens in derartige Teile integriert werden, ohne dass weitere zusätzliche Montage- beziehungsweise Fertigungsschritte bei der Herstellung der genannten Gehäusekomponenten erforderlich wären. Einerseits lässt sich auf diese Weise der Kostenvorteil eines Umformverfahrens, wie beispielsweise des Fließpressens, nutzen, andererseits kann durch den Einbau von Einlegeteilen an den signifikanten kritischen Stellen eine hohe Oberflächengüte beziehungsweise eine den akustischen Anforderungen Rechnung tragende Laufruhe aufgrund des Einsatzes von hochwertig bearbeiteten Komponenten gewährleistet werden.
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Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein Formschluss zwischen der als Einlegeteil verwendeten Stahlbuchse und dem späteren, aus einem umformbaren Material gefertigten Gehäuseteil, beispielsweise ein Gehäusedeckel realisiert werden kann. Der hergestellte Formschluss zwischen der als Einlegeteil eingesetzten Stahlbuchse und dem späteren Gehäuse dient als Axialsicherung der Stahlbuchse. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung das im Umformverfahren gefertigte, die genannten Bauteile umfassende Bauteil, beispielsweise ein Gehäusedeckelrohling, ohne Hängenbleiben der Buchse im Umformwerkzeug entformt werden. Insbesondere im Bereich der als Einlegeteil gewählten Stahlbuchse ist kein zusätzlicher Auswerfer erforderlich, was die Fertigungskosten zusätzlich günstig beeinflusst.
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Weiterhin ist anzuführen, dass bei einer unmittelbar während der Herstellung eines Gehäusedeckels oder Lagerschildes in diese integrierte Stahlbuchse kein nachträgliches Einpressen derselben mehr erforderlich ist und der mit einem nachträglichen Einpressen verbundene Mehraufwand somit entfällt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht und eine perspektivische Draufsicht auf ein Umformwerkzeug,
- 2 das Einlegeteil, hier als Stahlbuchse ausgeführt, separat und an einer Zentrierung des Umformwerkzeugs in Seitenansicht und in perspektivischer Darstellung,
- 3 das umgeformte zweite Material, einen Gehäusedeckel bildend, mit einem in das umformbare zweite Material integrierten, im Wesentlichen umschlossenen Einlegeteil in Form einer Stahlbuchse in Seiten- und perspektivischer Ansicht und
- 4 den erhaltenen Gehäusedeckelrohling in Seitenansicht sowie eine perspektivische Darstellung des Bereichs des Gehäusedeckelrohlings mit im Formschluss integriertem Einlegeteil, ausgeführt als Stahlbuchse.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass ein Umformwerkzeug 10, welches beispielsweise für ein Umformverfahren wie das Fließpressen genutzt wird, eine Form 14 aufweist, die beispielsweise die Fertigung eines Motorgehäuses 16 ermöglicht. Das Umformwerkzeug 10 beziehungsweise die Form 14 ist von gerundeten Kanten 12 umgeben, welche eine Verbesserung des Fließverhaltens des eingesetzten umformbaren Materials, im vorliegenden Fall eines umformbaren zweiten Materials 42, ermöglichen, bei dem es sich beispielsweise um eine Aluminiumknetlegierung handeln kann. Der Darstellung gemäß 1 ist des Weiteren zu entnehmen, dass das hier in der Seitenansicht dargestellte Umformwerkzeug 10 eine Zentrierung 18 in Gestalt eines Aufnahmedoms 20 umfasst. Beidseits des Aufnahmedoms 20 befindet sich ein Einlegeraum 22. Aus der perspektivischen Draufsicht auf das Umformwerkzeug 10 gemäß 1 geht hervor, dass das Umformwerkzeug 10 im Wesentlichen ringförmig ausgeführt ist, so dass gemäß der Form 14 ein beispielsweise zylindrisch ausgeführtes Motorgehäuse 16 - wie in 3 dargestellt - mittels eines Umformverfahrens, wie beispielsweise dem Fließpressen, hergestellt werden kann.
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Der Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass in das Umformwerkzeug 10 nur in dessen Einlegeraum 22, der den Aufnahmedom 20 umschließt, ein Einlegeteil 24 angeordnet ist. Das Einlegeteil 24 ist gemäß der perspektivischen Darstellung in 2 als Stahlbuchse ausgebildet und umfasst eine mit einer hohen Oberflächengüte bearbeitete Innenumfangsfläche 32. In eine Mantelfläche 34 des beispielsweise als Stahlbuchse beschaffenen Einlegeteils 24 sind in axialer Richtung voneinander beabstandete erste und zweite Umfangsnuten 28, 30 eingearbeitet. In der in 2 perspektivisch dargestellten Ansicht des als Stahlbuchse eingesetzten Einlegeteils 24 verlaufen die beiden Umfangsnuten 28, 30 vollumfänglich in der Mantelfläche 34. Alternativ besteht die Möglichkeit, die beiden in der Mantelfläche 34 ausgebildeten Umfangsnuten 28, 30 unterbrochen auszuführen, je nach Anwendungsfall.
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2 zeigt des Weiteren, dass das Einlegeteil 24 in Einlegerichtung 26 in den Einlegeraum 22 auf die zylindrische Aufnahmefläche des Aufnahmedoms 20 aufgesteckt wird. Das Einlegeteil 24 wird in seiner Einlegeposition 36 an seiner Unterseite vom Boden 38 des Einlegeraums 22 im Umformwerkzeug 10 abgestützt. Aus der perspektivischen Ansicht gemäß 2 ergibt sich, dass das in seiner Einlegeposition 36 angeordnete Einlegeteil 24 den als Zentrierung 18 dienenden Aufnahmedom 20 vollumfänglich umschließt. Der Einlegeraum 22 im Umformwerkzeug 10 ist an seiner Unterseite durch den Boden 38 des Umformwerkzeugs 10 begrenzt. Auch aus der perspektivischen Ansicht gemäß 2 gehen die gerundeten Kanten 12 der Form 14 hervor, die eine Bewegung des mit einer hohen Umformkraft beaufschlagten umformbaren zweiten Materials 42 erheblich verbessern.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass das Einlegeteil 24, gefertigt aus einem ersten Material, wie beispielsweise Stahl oder einer Stahllegierung, im in 3 dargestellten Zustand von dem umformbaren zweiten Material 42 umschlossen ist. Aufgrund der in Umformrichtung 40 wirkenden Umformkraft 48 fließt das umformbare zweite Material 42 in die Form 14 des Umformwerkzeugs 10 hinein und umschließt das an dem Aufnahmedom 20 aufgenommene Einlegeteil 24 im Wesentlichen vollständig, so dass sich ein umschlossenes Einlegeteil 44 bildet. Dieses ist nunmehr mittels einer Formschlussverbindung (vgl. Darstellung gemäß 4) mit dem umformbaren zweiten Material 42 eines Motorgehäuserohlings 50 verbunden. In der Darstellung gemäß 3 weist das umformbare zweite Material 42 an seiner Oberseite eine Planfläche 46 auf, die bündig mit der Oberkante des Umformwerkzeugs 10 abschließt. Wie aus der Darstellung gemäß 3, insbesondere der Seitenansicht hervorgeht, weist der Motorgehäuserohling 50 eine erste Wandstärke 52 auf, die in eine geringere, zweite Wandstärke 54 übergeht. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Umformverfahren können am Motorgehäuserohling 50 somit unterschiedliche Wandstärken 52, 54 realisiert werden, die insbesondere eine spätere Entformung des Motorgehäuserohlings 50 in Entformungsrichtung 56 nach dem Aushärten ermöglichen. Wie aus 3 hervorgeht, hat eine beispielsweise als umformbares zweites Material 42 gewählte Aluminiumknetlegierung sämtliche Hohlräume der Form 14 im Umformwerkzeug 10 ausgefüllt. In der perspektivischen Darstellung gemäß 3 ist zu sehen, dass der Motorgehäuserohling 50 die Planfläche 46 aufweist. Das umschlossene Einlegeteil 44 ist in der perspektivischen Schnittdarstellung gemäß 3 nur teilweise dargestellt, einerseits im als Zentrierung 18 dienenden Aufnahmedom 20, andererseits eingebettet in das fließfähige umformbare zweite Material 42, insbesondere eine Aluminiumknetlegierung.
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4 ist der in Entformungsrichtung 56 entformte Motorgehäuserohling 50 zu entnehmen. Der in 4 in Seitenansicht und in perspektivischer Teildarstellung dargestellte Motorgehäuserohling 50 umfasst einen ersten Gehäusedeckelhohlraum 58 sowie eine Innengeometrie 60. Diese sind so ausgebildet, wie durch die Form 14, die im Umformwerkzeug 10 ausgebildet ist, vorgegeben wird. Beim Entformen in Entformungsrichtung 56 gemäß 3 des Motorgehäuserohlings 50 verbleibt das Einlegeteil 24 beziehungsweise das vollständig vom umformbaren zweiten Material 42 umschlossene Einlegeteil 44 in seiner Position und benötigt zur Entformung in Entformungsrichtung 56 keinen separaten Auswerfer. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass eine Formschlussverbindung 62 zwischen dem umformbaren zweiten Material 42 des Motorgehäuserohlings 50 und den an der Mantelfläche 34 des Einlegeteils 24 ausgebildeten, axial voneinander beabstandeten Umfangsnuten 28, 30 vorliegt. Damit ist das Einlegeteil 24, bevorzugt ausgebildet als Stahlbuchse, formschlüssig in den Motorgehäuserohling 50 integriert. Auch beim Auswerfen beziehungsweise Entformen in Entformungsrichtung 56 des Motorgehäuserohlings 50, nunmehr mit umschlossenem Einlegeteil 44, bleibt dieser Teil des Motorgehäuserohlings 50 und geht nicht verloren, sondern lässt sich gemeinsam mit dem Motorgehäuserohling 50 entformen. Wie aus der Seitenansicht gemäß 4 des Weiteren hervorgeht, weist der Motorgehäuserohling 50 unterschiedliche Wandstärken 52, 54 auf.
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Der perspektivischen Teilansicht gemäß 4 lässt sich entnehmen, dass der Formschluss 62 zwischen dem umformbaren zweiten Material 42, bei dem es sich beispielsweise um eine Aluminiumknetlegierung handeln kann, und den beiden axial voneinander beabstandeten Umfangsnuten 28, 30 als Axialsicherung 64 des Einlegeteils 24 dient. 4 zeigt in der perspektivischen Teilansicht, dass die Formschlussverbindung 62 zwischen dem umformbaren zweiten Material 42 des Motorgehäuserohlings 50 und den Umfangsnuten 28, 30 an der Mantelfläche 34 des Gehäusedeckelrohlings 50 eine Axialsicherung 64 für das Einlegeteil 24 verwirklicht. Dieses ist in seiner Position axial gesichert im umformbaren zweiten Material 42 des Motorgehäuserohlings 50 aufgenommen, ohne dass es weiterer Einbauten zur Herstellung einer Axialsicherung 64 bedürfte. Diese wird allein durch die Formschlussverbindung 62 gewährleistet, die bei der Herstellung des Motorgehäuserohlings 50 im Umformverfahren, beispielsweise mittels Fließpressens, hergestellt wird. Damit ist sichergestellt, dass die Innenumfangsfläche 32, die mit einer hohen Bearbeitungsgüte gefertigt ist, eine starke Verbesserung der Laufruhe von rotierenden Bauteilen ermöglicht. Somit können über das erfindungsgemäß vorgeschlagene Umformverfahren an den kritischen Stellen an einem Motorgehäuse 16, einer elektrischen Maschine Stahlbuchsen integriert werden, so dass die Anforderungen an die Laufruhe rotierender Komponenten in elektrischen Antrieben, zum Beispiel in E-Achsen-Modulen, die in einem elektrischen Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zum Einsatz kommen, in hohem Maße erfüllt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062753 A1 [0002]
- DE 102008000448 B4 [0003]
- DE 102007051388 A1 [0004]
