DE112013005927T5

DE112013005927T5 - Mitnehmerscheiben und Verfahren zum Kondensatorschweißen von Mitnehmerscheiben

Info

Publication number: DE112013005927T5
Application number: DE112013005927.4T
Authority: DE
Inventors: Markus Reiterer; Markus Schuiki; Alexander Dietrich; Guobin Yin
Original assignee: Magna Powertrain of America Inc
Current assignee: Magna Powertrain of America Inc
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CA2890674C; US10975931B2; CA2890674A1; DE112013005927B4; CN104854371A; WO2014093592A1; CN104854371B; US20180266517A1; MX2015007559A; US20140157929A1; US9982748B2; MX367511B

Abstract

Eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung weist einen Zahnkranz auf, der unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses an eine Zentralplatte geschweißt ist. Die Schweißung erfolgt zwischen einer Verbindungsstruktur, die zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte ausgebildet ist, wobei entweder ein überlappendes Gefüge, ein Auskragungsgefüge oder ein abgeschrägtes Gefüge verwendet wird.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Anmeldungs-Nr. 14/102,886, eingereicht am 11. Dezember 2013, die den Vorteil der provisorischen US-Anmeldungs-Nr. 61/736,283 beansprucht, die am 12. Dezember 2012 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnungen zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und insbesondere auf zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnungen, die einen unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses auf eine Zentralplatte aufgeschweißten Zahnkranz aufweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bereit, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen, bei denen es sich nicht unbedingt um den Stand der Technik handelt.
Mitnehmerscheiben, umgangssprachlich auch als Schwungscheiben bezeichnet, werden in Fahrzeugantriebsstranganwendungen verwendet, um eine mechanische Kopplung zwischen einem Abtriebsbauteil einer Verbrennungskraftmaschine und einem Antriebsbauteil einer Kraftübertragung bereitzustellen. Genauer gesagt ist eine Seite der Mitnehmerscheibe an einer Kraftmaschinenkurbelwelle festgelegt, während die andere Seite der Mitnehmerscheibe an einem Drehmomentwandler festgelegt ist. In der Folge überträgt die Mitnehmerscheibe ein Kraftmaschinendrehmoment auf den Drehmomentwandler, der wiederum das Kraftmaschinendrehmoment auf die Kraftübertragung überträgt.
Wie hinlänglich bekannt ist die Mitnehmerscheibe dazu ausgestaltet, sich aufgrund von Veränderungen bei der Kraftmaschinendrehzahl sowie als Reaktion auf Änderungen beim Flüssigkeitsdruck im Drehmomentwander axial begrenzt auszulenken und Bewegungen und/oder Schwingungen der Kurbelwelle aufzunehmen. Zudem dient die Mitnehmerscheibe als Eingriffsmechanismus für das Ritzel eines elektrischen Anlassermotors. Wenn der elektrische Anlassermotor als Reaktion auf ein Zündsignal vom Fahrzeug einen elektrischen Strom empfängt, greift das Ritzel ein und treibt einen Zahnkranzabschnitt der Mitnehmerscheibe an, was bewirkt, dass die Mitnehmerscheibe die Kraftmaschinenkurbelwelle drehend antreibt. Ist die Kraftmaschine erfolgreich angelassen, löst sich der Eingriff des Ritzels, während die Mitnehmerscheibe nunmehr von der Kurbelwelle angetrieben wird.
In vielen Fällen handelt es sich bei der Mitnehmerscheibe um eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung, die eine Zentralplatte und einen Zahnkranz, der starr an einem äußeren Randlippenabschnitt der Zentralplatte festgelegt ist, umfasst. Die Zentralplatte wird im Allgemeinen aus einem Material mit konstanter Dicke gefertigt (d. h. gestanzt), obschon auch Materialien mit unterschiedlicher Dicke verwendet werden können. Die Zentralplatte weist in der Regel einen allgemein flachen Außenabschnitt und einen leicht geschüsselten oder abgeschrägten Zentralabschnitt auf. Der Zentralabschnitt weist eine zentrale Öffnung auf, die zur Aufnahme einer Kurbelwellennabe angepasst ist, sowie mehrere Befestigungslöcher zum Ausrichten und Montieren der Mitnehmerscheibe auf der Kurbelwelle. Der Schüsselungsgrad ist beliebig und hängt vor allem vom verfügbaren Raum zwischen der Kurbelwelle und dem Drehmomentwandler ab. Ebenso erstrecken sich mehrere Montagelöcher für die Montage der Mitnehmerscheibenanordnung am Drehmomentwander durch den äußeren Abschnitt der Zentralplatte hindurch.
Zum starren Festlegen des Zahnkranzes an der Zentralplatte herkömmlicher zweiteiliger Mitnehmerscheibenanordnungen sind diverse Verfahren angewandt worden. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. US 2007/0277643 eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung, bei der zum starren Festlegen des Zahnkranzes an der Zentralplatte ein Klebstoff verwendet wird. Zudem offenbart die US-Patentschrift Nr. 2007/0277644 eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung, bei welcher der Zahnkranz auf der Zentralplatte mit einem Presssitz und durch Schweißen unter Anwendung eines Gas-Metall-Lichtbogen-Schweißprozesses (Metallschutzgasschweißen), umgangssprachlich als MIG- bzw. MAG-Schweißen bezeichnet, festgelegt wird. Es ist auch bekannt, dass der Zahnkranz mit Laserschweißen auf der Zentralplatte festgelegt wird.
Derzeit ist die Anwendung von Metallschutzgasschweißprozessen und Laserschweißprozessen für die Verwendung bei der Herstellung von zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnungen genügend und akzeptabel. Jeder dieser Prozesse weist jedoch bestimmte Nachteile auf. Während das Metallschutzgasschweißen zwar recht schnell und kostengünstig ist, können dadurch eine Verminderung der Härte bei den Zahnkranzzähnen, eine mögliche Verformung der Teile sowie eine hohe Eigenspannung aufgrund der erforderlichen hohen Hitzeanforderung auftreten. Ebenso handelt es sich beim Laserschweißen zwar um einen fortschrittlicheren und präziseren Prozess, der jedoch an sich teurer und komplexer ist.
Die Anwendung dieser Schweißprozesse ist des Weiteren in den Mitnehmerscheibenanordnungen begrenzt, bei denen eine nitrierte Zentralplatte verwendet wird. Nitrierte Zentralplatten werden häufig verwendet, weil sie ein verringertes Bauteilgewicht und eine verbesserte Nachgiebigkeit und eine höhere Zugfestigkeit der Zentralplatte ermöglichen. Es ist jedoch schwierig, zwischen einem oder mehreren nitrierten Teilen eine gleichbleibend gute Schweißung zu bilden, weil die Schweißzone wegen der Freisetzung von Stickstoffgas in das Schweißbad hinein sehr porös sein kann, wenn sich die Nitridschicht während des Schweißprozesses zersetzt. Genauer gesagt kann das Stickstoffgas wegen des Erstarrens des Schweißbads eingeschlossen werden und als Folge davon in der Schweißzone poröse Blasen ausbilden. Um dieses unerwünschte Porositätsproblem zu vermeiden, umfassen derzeitige Lösungen das Entfernen der Nitridschicht vor dem Schweißen und/oder das Maskieren der Schweißfläche während des Nitrierens, um eine unbehandelte Schweißfläche zu erstellen. Leider erweisen sich diese Lösungen in der Praxis nicht immer als wirtschaftlich, weil sie der Gesamtherstellung von zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnungen zusätzliche Prozessschritte und Kosten auferlegen.
Es besteht deshalb ein Bedarf an alternativen Verfahren zum Schweißen von zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnungen, welche diese Vorteile angehen und überwinden.
KURZBESCHREIBUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzbeschreibung der Offenbarung bereit und stellt keine umfassende Offenbarung deren gesamten Umfangs oder aller deren Merkmale dar.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einen Zahnkranz auf, der unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses an einen äußeren Abschnitt einer Zentralplatte angeschweißt ist.
Gemäß einem verwandten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Zentralplatte der zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnung vor dem Kondensatorschweißen an den Zahnkranz nitriert. Während dem Kondensatorschweißprozess läuft zum Schmelzen der Materialien ein starker elektrischer Strom durch den Schweißbereich, während gleichzeitig auf den Zahnkranz und die Zentralplatte eine hohe Klemmkraft ausgeübt wird, um das geschmolzene Material zu fügen. Die Kombination eine starken Stroms und einer hohen Klemmkraft bewirkt ein sofortiges Austreten oder Ausströmen des Stickstoffgases, oder jeglicher anderer Gase, aus der Schweißzone, sobald die Gase gebildet werden.
Gemäß diesen und anderen Aspekten, Merkmalen und Vorteilen der vorliegenden Offenbarung kann eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung unter Verwendung einer überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte kondensatorgeschweißt werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine erste überlappende Verbindungsstruktur erstellt, in dem die Zentralplatte einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Zahnkranzes aufweist, so dass dazwischenliegend eine durchgehende Überlappung ausgebildet wird. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine zweite überlappende Verbindungsstruktur erstellt, indem der Zahnkranz eine in dessen Innendurchmesser gebildete abgestufte Schulter aufweist, an der zum Ausbilden einer dazwischenliegenden durchgehenden Überlappung ein äußerer Peripherieabschnitt der Zentralplatte anliegt. In einem dritten Ausführungsbeispiel wird eine dritte überlappende Verbindungsstruktur erstellt, indem der Zahnkranz eine in dessen Innendurchmesser gebildete abgestufte Schulter aufweist, an der mehrere zum Ausbilden eines nicht durchgehenden Überlappungsgefüges der an der äußeren Peripherie der Zentralplatte ausgebildete, sich nach außen erstreckende Auskragungen anliegen.
Gemäß weiteren alternativen Ausführungsformen wird eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung, die eine auskragende Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte verwendet, offenbart. In einem Ausführungsbeispiel wird die Zentralplatte so ausgebildet, dass sie mehrere quergerichtete Auskragungen, die von einer Fläche abstehen, sowie dementsprechend mehrere Vertiefungen, die sich in die andere Fläche hinein erstrecken, aufweist. Die Auskragungen liegen vor dem Kondensatorschweißen auf und an einem Ringabschnitt des Zahnkranzes auf bzw. an, um ein Gefüge mit „Plattenauskragungen” auszubilden. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Zahnkranz zum Bilden einer konturierten Auskragung um dessen Innendurchmesser bearbeitet, so dass vor dem Kondensatorschweißen der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte an der Spitze der konturierten Auskragung anliegt, um ein Gefüge mit einer „Zahnkranzauskragung” auszubilden.
Gemäß einer noch weiteren alternativen Ausführungsform verwendet eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung einen bearbeiteten Zahnkranz, der auf dessen inneren Durchmesserfläche eine Abschrägung aufweist, an der vor dem Kondensatorschweißen ein äußerer Kantenabschnitt der Zentralplatte anliegt, um ein abgeschrägtes Anlagegefüge auszubilden.
Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Kurzbeschreibung sollen lediglich der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Realisierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
1 zeigt eine Draufsicht, die eine beispielhafte zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung darstellt,
2–4 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Schweißen einer ersten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte hergestellt worden ist,
5 zeigt eine Teilschnittansicht aus 4, welche die erste überlappende Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
6–8 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Schweißen einer zweiten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte hergestellt worden ist,
9 zeigt eine Teilschnittansicht aus 8, welche die zweite überlappende Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
10–12 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Schweißen einer dritten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte hergestellt worden ist,
13 zeigt eine Teilschnittansicht aus 12, welche die dritte überlappende Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
14–16 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Schweißen einer ersten auskragenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte hergestellt worden ist,
17 zeigt eine Teilschnittansicht aus 16, welche die erste auskragende Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
18–20 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Schweißen einer zweiten auskragenden Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte hergestellt worden ist,
21 zeigt eine Teilschnittansicht aus 20, welche die zweite auskragende Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
22–24 stellen eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung dar, die einen Kondensatorschweißprozess anwendet, um eine abgeschrägte Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte zu verbinden,
25 zeigt eine Teilschnittansicht aus 24, welche die abgeschrägte Verbindungsstruktur detaillierter darstellt,
26 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Kondensatorschweißwerkzeugeinheit zum Kondensatorschweißen einer beliebigen der zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnungen der vorliegenden Offenbarung, und
27 stellt einen Schnitt einer Schweißung dar, die durch den Kondensatorschweißprozess zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte einer zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnung erzeugt worden ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Damit diese Offenbarung gründlich ist und deren Umfang einem Fachmann vollständig vermittelt wird, werden Ausführungsbeispiele bereitgestellt. Um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, wie Beispiele bestimmter Bauteile, Vorrichtungen und Verfahren. Es wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass bestimmte Einzelheiten nicht eingesetzt werden müssen, dass Ausführungsbeispiele in vielen verschiedenen Ausgestaltungen ausgeführt sein können, und dass beides nicht zur Einschränkung des Umfangs der Offenbarung auszulegen ist. In einigen Ausführungsbeispielen werden wohlbekannte Prozesse, wohlbekannte Vorrichtungskonstruktionen und wohlbekannte Techniken nicht im Einzelnen beschrieben.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen durchwegs gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Bauteile hinweisen, wird eine zweiteilige Mitnehmerscheibenanordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Mitnehmerscheibenanordnung 10 ist gemäß den Lehren der gegenständlichen Erfindung konstruiert und hergestellt und ist zum Einbau zwischen einem Abtriebsbauteil einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine und einem Antriebsbauteil einer nicht gezeigten Kraftübertragung in einem Kraftfahrzeug sowie zur drehenden Verbindung zwischen diesen Bauteilen eingerichtet. Genauer gesagt ist die Mitnehmerscheibenanordnung 10 zur Montage mit mehreren ersten Montageschrauben auf einem Nabenabschnitt einer Kraftmaschinenkurbelwelle eingerichtet. Die Mitnehmerscheibenanordnung 10 ist weiterhin zur Montage mit mehreren zweiten Montageschrauben auf dem Drehmomentwandler eingerichtet. Herkömmlicherweise bewirkt eine Drehung der Kurbelwelle ein Drehen der Mitnehmerscheibenanordnung 10, was wiederum ein Drehen des Drehmomentwandlers in Einklang mit der Kurbelwelle bewirkt. In der Regel wird ein elektrischer Anlassermotor verwendet, um während eines Zündzyklus des Kraftfahrzeugs die Mitnehmerscheibenanordnung 10 zum Antrieb der Kraftmaschinenkurbelwelle drehend anzutreiben.
Bezugnehmend auf 1 wird eine beispielhafte nicht-einschränkende Struktur für die Mitnehmerscheibenanordnung 10 gezeigt, die allgemein eine Zentralplatte 12 und einen daran festgelegten Zahnkranz 14 aufweist. Bei der Zentralplatte 12 handelt es sich um ein einstückiges Stanzteil mit einem äußeren Abschnitt 16, einem inneren Abschnitt 18 und einem dazwischenliegenden Zwischenabschnitt 19. Es versteht sich, dass die Zentralplatte 12 in Drehrichtung steif aber in Axialrichtung flexibel ist, so dass sie sich in Grenzen federnd verbiegt, um so Kräfte, die während des Betriebs des Fahrzeugantriebsstrang auf sie einwirken, besser aufzunehmen und zu übertragen. Der äußere Abschnitt 16 der Zentralplatte 12 weist mehrere Montagelöcher 20 zur Aufnahme von zweiten Montageschrauben auf, die für das Festlegen des Drehmomentwandlers an der Mitnehmerscheibenanordnung 10 verwendet werden. Der innere Abschnitt 18 der Zentralplatte 12 weist eine zentrale Öffnung 22 zum Ausrichten und zur Montage der Mitnehmerscheibenanordnung 10 an der Kurbelwelle auf. Im inneren Abschnitt 18 der Zentralplatte 12 sind mehrere Montagelöcher 24 gebildet, die zur Aufnahme der ersten Montageschrauben zum Festlegen der Mitnehmerscheibenanordnung 10 an der Nabe der Kurbelwelle angeordnet sind. Der Zwischenabschnitt 19 kann gegenüber dem äußeren Abschnitt 16 und/oder dem inneren Abschnitt 18 abgestuft oder „abgeschrägt” sein, um das federnde Biegen der Zentralplatte 12 während des Drehantriebs der Kurbelwelle aufzunehmen.
Der Zahnkranz 14 weist einen Randlippenabschnitt 26 mit einem Außenumfang 28 auf. Im Außenumfang 28 des Zahnkranzes 14 sind mehrere Zähne 30 gebildet. Die Anzahl und Größe der Zähne 30 richtet sich nach der Art der Kraftmaschine, der Größe der Mitnehmerscheibenanordnung 10 sowie der Art des Ritzels, das mit dem Anlassermotor zusammen verwendet wird. Obschon nicht darauf beschränkt, kann der Zwischenabschnitt 19 der Zentralplatte 12 gegenüber dem ebenen äußeren Abschnitt 16 und dem ebenen inneren Abschnitt 18 abgestufte Abschnitte 34 und 36 aufweisen. Die Zentralplatte ist aus jedem geeigneten Material, wie z. B. SAE J1392, hergestellt, das in einen herkömmlichen Nitrierprozess mit einer Nitridschicht beschichtet worden ist. Der Zahnkranz 14 kann aus jedem geeigneten Material, wie z. B. SAE 1038 bis 1055 Stahl mit Kohlenstoff hergestellt sein, das bis zu einer Rockwellhärte von zwischen 40 und 50 wärmebehandelt worden ist.
Bezugnehmend nun auf die 2 bis 5 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10A mit einer einfachen bzw. ersten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14A und einer Zentralplatte 12A zur Verwendung in Zusammenhang mit einem Kondensatorschweißprozess beschrieben. Der Zahnkranz 14A weist einen Randlippenabschnitt 26 auf, der eine ebene Fläche 40 und eine innere Durchmesserfläche 42 ausbildet. Die Zentralplatte 12A weist einen abgestuften bzw. erhabenen Flanschabschnitt 46 auf, der zu einem äußeren Abschnitt 16A gehört und eine ebene Fläche 48 aufweist. Die ebene Fläche 48 der Zentralplatte 12A überlappt die ebene Fläche 40 des Zahnkranzes 14A und liegt an dieser an. Am besten wird in 4 dargestellt, dass der Flanschabschnitt 46 der Zentralplatte 12A eine durchgehende ringförmige überlappende Verbindungsausgestaltung in Bezug auf den Randlippenabschnitt 26 des Zahnkranzes 14A ausbildet. Dementsprechend wird bei Anwendung des Kondensatorschweißprozesses, der nachstehend beschrieben wird, im Zusammenhang mit dieser ersten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Material, das zum nitrierten Flanschabschnitt 46 der Zentralplatte 12A gehört, und dem Material, das zum Randlippenabschnitt 26 des Zahnkranzes 14A gehört, eine durchgehende Schweißnaht erstellt.
Bezugnehmend nun auf die 6 bis 9 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10B mit einer bearbeiteten bzw. zweiten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14B und einer Zentralplatte 12B zur Verwendung in Zusammenhang mit einem Kondensatorschweißprozess beschrieben. Der Zahnkranz 14B weist einen abgestuften Randlippenabschnitt 50 auf, der eine durchgehende Flanschschulterfläche 52 ausbildet. Die Zentralplatte 12B weist einen ebenen äußeren Abschnitt 16B auf, der eine periphere Kantenfläche 54 und eine ebene Fläche 56 ausbildet. Am besten wird in den 8 und 9 dargestellt, dass die Fläche 56 der Zentralplatte 12B auf der Flanschschulterfläche 52 des Zahnkranzes 14B aufliegt, während die Kantenfläche 54 nahe bei der Innenwandfläche 58 des abgestuften Randlippenabschnitts 50 liegt. Vorzugsweise ist der Zahnkranz 14B zum Ausbilden der Innenwandfläche 58 und der Flanschschulterfläche 52 bearbeitet. Dementsprechend wird bei Anwendung des Kondensatorschweißprozesses im Zusammenhang mit dieser zweiten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen dem Material, das zum abgestuften Randlippenabschnitt 50 des Zahnrads 14B gehört, und dem Material, das zur darauf aufliegenden Zentralplatte 12B gehört, eine durchgehende Schweißnaht erstellt.
Bezugnehmend nun auf die 10 bis 13 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10C mit einer nicht durchgehenden bzw. dritten überlappenden Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14C und einer Zentralplatte 12C zur Verwendung mit dem Kondensatorschweißprozess beschrieben. Der Zahnkranz 14C ist ähnlich dem Zahnkranz 14B ausgestaltet und weist einen abgestuften Randlippenabschnitt 60 auf, der eine durchgehende Flanschschulterfläche 62 und eine Innenwandfläche 64 ausbildet. Ein Kantenabschnitt 66 der Zentralplatte 12C ist beschnitten ausgestaltet, so dass mehrere sich radial nach außen erstreckende Auskragungsplättchen 68 ausgebildet sind. In den 12 und 13 wird dargestellt, dass eine ebene Fläche 70 eines jeden Plättchens 68 auf der Flanschschulterfläche 62 aufliegt, während eine Kantenfläche 72 eines jeden Plättchens 68 nahe bei der Innenwandfläche 64 liegt. Dementsprechend wird bei Anwendung des Kondensatorschweißprozesses im Zusammenhang mit dieser dritten überlappenden Verbindungsstruktur eine nicht durchgehende Schweißnaht entlang der Peripherie erstellt. Genau gesagt wird eine Reihe individueller und voneinander beabstandeter Schweißverbindungen erstellt, da die Schweißnaht nur zwischen dem Material, das zu den auskragenden Plättchen 68 auf der Zentralplatte 12C gehört, und dem Material, das zu der durch die Plättchen 68 überlappten Flanschschulterfläche 62 und der Innenwandfläche 64 des Zahnkranzes 14C gehört, erstellt wird.
Bezugnehmend auf die 14 bis 17 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10D mit einer plattenförmigen bzw. ersten auskragenden Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14D und einer Zentralplatte 12D zur Verwendung mit einem Kondensatorschweißprozess beschrieben. 14 zeigt den Zahnkranz 14D, der einen Randlippenabschnitt 80 aufweist, der eine ebene Fläche 82 ausbildet. 15 zeigt die Zentralplatte 12D, die eine Reihe in Umfangsrichtung angeordneter Auskragungen 84 aufweist, die sich von einer ebenen Fläche 86 des äußeren Abschnitts 16D aus nach außen erstrecken. Eine Reihe entsprechender Vertiefungen 88 erstreckt sich von einer gegenüberliegenden ebenen Fläche 90 des äußeren Abschnitts 16D aus nach innen. Die Auskragungen 84 und die Vertiefungen 88 werden gleichzeitig in einem Stanzprozess produziert. Die 16 und 17 stellen dar, wie die Auskragungen 84 auf einer ebenen Fläche 82 des Randlippenabschnitts 80 aufliegen bzw. anliegen. Dementsprechend werden bei Anwendung des Kondensatorschweißprozesses im Zusammenhang mit dieser ersten auskragenden Verbindungsstruktur das Material, das zu den Auskragungen 84 auf der Zentralplatte 12D gehört, und dem Material, das zu der an den Auskragungen 84 anliegenden ebenen Fläche 82 gehört, mehrere Schweißbereiche erstellt. Die Verwendung mehrerer in Umfangsrichtung angeordneter individueller Schweißpunkte erlaubt gegenüber einer durchgehenden Schweißung eine Schweißung mit höherer Stromdichte. Optional kann in der ebenen Fläche 84 des Zahnkranzes 14D eine Reihe von Rastausnehmungen 94 gebildet werden, die zur Aufnahme der Auskragungen 84 auf der Zentralplatte 12D darin bemessen und positioniert sind. Die Ausnehmungen 94 können in den Zahnkranz 14D eingearbeitet sein. Weiterhin optional kann eine durchgehende Rastnut 96 in der ebenen Fläche 84 des Zahnkranzes 14D gebildet werden, die ebenso zur Aufnahme der Auskragungen 84 darauf bemessen ist.
Bezugnehmend auf die 18 bis 21 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10E mit einer zahnkranzförmigen bzw. zweiten auskragenden Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14E und einer Zentralplatte 12E zur Verwendung in Zusammenhang mit dem Kondensatorschweißprozess beschrieben. Der Zahnkranz 14E ist bearbeitet, so dass ein Rondlippenabscnitt 100 mit einer Auskragung 102 mit einer durchgehenden Form (z. B. eine Dreiecksform) ausgebildet wird, die sich um dessen Innendurchmesser herum erstreckt. 19 zeigt die Zentralplatte 12E, die an ihrem äußeren peripheren Bereich einen ringförmigen Flansch 104 aufweist, der eine ebene Fläche 106 ausbildet. 20 und 21 stellen die ebene Fläche 106 dar, die an einem Spitzabschnitt der dreiecksförmigen Auskragung 102 aufliegt oder anliegt. Dementsprechend wird bei Anwendung des Kondensatorschweißprozesses im Zusammenhang mit dieser zweiten auskragenden Verbindungsstruktur das Material, das zur Auskragung 102 auf dem Zahnkranz 14E gehört, mit dem Material, das zum Flansch 104 auf der Zentralplatte 12E gehört und an der Auskragung 102 anliegt, verschweißt. Die Auskragung 102 kann durch Einarbeiten einer durchgehenden Nut in der ebenen Fläche 101 des Zahnkranzes 14E ausgebildet werden.
Bezugnehmend nun auf die 22 bis 25 wird nun eine Konstruktion für eine Mitnehmerscheibenanordnung 10F mit einer „durchgehend abgeschrägten” Verbindungsstruktur zwischen einem Zahnkranz 14F und einer Zentralplatte 12F zur Verwendung mit dem Kondensatorschweißprozess beschrieben. 22 zeigt einen Zahnkranz 14F, der einen Randlippenabschnitt 110 mit einer seiner Innendurchmesserwandfläche 114 benachbarten abgeschrägten Kante 112 aufweist. 23 zeigt die Zentralplatte 12F, die einen durchgehenden Flanschabschnitt 116, der deren äußerem Abschnitt 16F gehört, und eine ebene Fläche 118 und eine Kantenfläche 120 aufweist. Die 24 und 25 stellen die Kantenfläche 120 des Flanschabschnitts 116 auf der Zentralplatte 12F dar, welche auf der abgeschrägten Kante 112 des Randlippenabschnitts 110 auf dem Zahnkranz 14F anliegt. Dementsprechend wird beim Kondensatorschweißen des Zahnkranzes 14F mit der Zentralplatte 12F eine durchgehende Schweißnaht erstellt.
Bezugnehmend nun auf 26 wird eine mit 200 bezeichnete Werkzeugeinheit für einen Kondensatorschweißprozess gezeigt, die zur Verwendung mit jedem der diversen, vorgängig beschriebenen zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnungen geeignet ist. Zuerst wird ein Zahnkranz 14 auf eine erste bzw. untere Stützplatte 202 gesetzt. In der Mitte der ersten Stützplatte 202 ist ein Zentrierstift 204 bereitgestellt, der dem Zentrieren einer darauf installierten Zentralplatte 12 dient. Genau gesagt wird die Zentralplatte 12 über deren zentrales Loch mit dem Zentrierstift 104 ausgerichtet und liegt oben auf dem Zahnkranz 14 auf. Es versteht sich, dass durch die Anlage zwischen dem Zahnkranz 14 und der Zentralplatte 12 eine Verbindungsstruktur erstellt wird. Ein zweites bzw. oberes Werkzeugglied, wie beispielsweise die Klemme 206, ist speziell für die spezifisch verwendete Verbindungsstruktur konstruiert, so dass gewährleistet ist, dass der während des Kondensatorschweißprozesses vom Kondensator entladene elektrische Strom durch die vorgesehenen Schweißstellen an der Zentralplatte 12 läuft. Die Klemme 206 hat die Funktion der oberen Elektrode und stellt die benötigte Klemmkraft bereit, während die erste Stützplatte 202 als die untere Elektrode fungiert.
Bevor der Kondensatorschweißzyklus beginnt, wird die Klemme 206 über die installierte Mitnehmerscheibenanordnung 10 gehoben. Sobald der Zyklus beginnt, wird die Klemme 206 gesenkt. Sobald die Klemme 206 die Zentralplatte 12 berührt, wird die im Kondensator gespeicherte Energie entladen, während der Klemmdruck aufrechterhalten wird. Nach dem Primärimpuls können Sekundärimpulse zum erneuten Beheizen des Schweißbereichs ausgelöst werden, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit der von der Wärme beeinflussten Zone zur Vermeidung von Rissbildungen reduziert wird. Somit stellt das Kondensatorschweißen eine alleinige und durchführbare Lösung für die verschiedenen Prozesse zum Verschweißen von nitrierten Zentralplatten mit Zahnkränzen zum Bereitstellen einer zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnung zur Verfügung.
Wie erwähnt läuft beim Kondensatorschweißprozess ein starker elektrischer Strom durch den Schweißbereich, um die aneinander anliegenden Materialien aufzuschmelzen, während gleichzeitig eine hohe Klemmkraft zum Verbinden der geschmolzenen Materialien ausgeübt wird. Diese Kombination eines starken Stroms und einer großen Klemmfläche bewirkt den sofortigen Austritt des Stickstoffgases, das durch die Zersetzung der Nitridschicht erzeugt wird, aus der Schweißzone hinaus. Dies ist aus der beispielhaften, in 27 gezeigten Schweißzone 208 ersichtlich, wo das Stickstoffgas aus dem von der Wärme beeinflussten Schweißbereich hinausgedrängt und zwischen der nitrierten Zentralplatte 12 und dem Zahnkranz 14 eine stabile, nicht poröse Schweißung 210 gebildet worden ist. Die Schweißzone 208 wird mit Bereichen gezeigt, in denen geschmolzenes Zahnkranzmaterial 212 mit geschmolzenem Zentralplattenmaterial 214 zusammengefügt ist.
Beim Kondensatorschweißen wird Energie verwendet, die in einer Kondensatorbatterie gespeichert ist, die zwischen aufeinanderfolgenden Schweißzyklen aufgeladen wird. Die eigentliche Schweißzeit ist verhältnismäßig kurz, möglicherweise nur etwa 10 Millisekunden. Wegen dieser kurzen Schweißzeit ist die Energie nur auf die Schweißzone 208 konzentriert. Da die Teile schnell auskühlen, ist die Kornbildung verhältnismäßig fein, da die kurze Kühlphase wenig Zeit zum Kornwachstum bietet. Stahlmaterialien, die Kohlenstoff enthalten, können mit Wiederbeheizungsimpulsen geschweißt werden, welche der Verringerung der Härtezunahme in der von der Wärme beeinflussten Zone dienen. Wie erwähnt weist das Kondensatorschweißen die zwei Hauptparameter Schweißenergie und Elektrodenkraft auf.
Beim Schweißen bewirkt der entladene Energieimpuls ein Schmelzen der aneinander anliegenden Abschnitte der Bauteile in der Schweißzone 208. Der Kondensatorschweißprozess erlaubt eine extrem schnelle Freisetzung von Energie mit hohen Stromspitzen. Die von der Wärme beeinflusste Zone, wo sich die Eigenschaften des Metalls durch das schnelle Erwärmen und Abkühlen verändern, ist auf einen kleinen Bereich um den Schweißpunkt herum begrenzt.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient dem Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht als erschöpfend oder als die Offenbarung einschränkend auszulegen. Individuelle Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf die jeweilige spezifische Ausführungsform beschränkt, sondern können ggf. unter einander ausgetauscht und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben wird. Die Ausführungsformen lassen sich auch in vieler Hinsicht abändern. Solche Abänderungen gehen nicht über die Offenbarung hinaus, und alle solchen Veränderungen verstehen sich als innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung liegend.

Claims

Mitnehmerscheibenanordnung zur Verwendung in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug, wobei die Mitnehmerscheibenanordnung Folgendes umfasst: – eine nitrierte Zentralplatte mit einem äußeren Peripherieabschnitt, und – einen Zahnkranz mit einen Randlippenabschnitt mit Zahnradzähnen, wobei der Randlippenabschnitt zum Ausbilden einer dazwischenliegenden Verbindungsstruktur am äußeren Peripherieabschnitt der Zentralplatte anliegt und wobei die Verbindungsstruktur unter Verwendung eines Kondensatorschweißvorgangs zum Herstellen einer Schweißnaht zur starren Festlegung der Zentralplatte am Zahnkranz geschweißt ist.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine überlappende Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eine ebene Oberfläche aufweist, die einen auf dem äußeren Peripherieabschnitt der Zentralplatte gebildeten Flanschbereich überlappt und an diesem anliegt, so dass dazwischenliegend eine durchgehende überlappende Anlage ausgebildet wird, und wobei die durch den Kondensatorschweißvorgang gebildete Schweißnaht durchgehend ist und die überlappende Verbindungsstruktur vollständig umläuft.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine überlappende Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes zum Ausbilden einer durchgehenden Flanschschulterfläche und einer Innenwandfläche abgestuft ist, wobei der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte eine ebene Oberfläche und eine Kantenfläche aufweist, die dazu ausgestaltet sind, dass die ebene Oberfläche an der Flanschschulterfläche anliegt, während sich die Kantenfläche nahe bei der Innenwandfläche befindet, so dass eine durchgehende überlappende Anlage zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte ausgebildet wird, wobei die durch den Kondensatorschweißvorgang gebildete Schweißnaht durchgehend ist und die überlappende Verbindungsstruktur vollständig umläuft.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 3, wobei der abgestufte Abschnitt des Randlippenabschnitts so in den Zahnkranz eingearbeitet ist, dass die Zentralplatte innerhalb des Zahnkranzes angeordnet ist.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine überlappende Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes zum Ausbilden einer durchgehenden Flanschschulterfläche und einer Innenwandfläche abgestuft ist, wobei der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte mehrere radial abstehende Plättchen aufweist, die jeweils eine ebene Oberfläche ausbilden, die zur Anlage an der Flanschschulterfläche und einer Kantenfläche, die sich nahe bei der Innenwandfläche befindet, ausgestaltet ist, und wobei die durch den Kondensatorschweißvorgang gebildete Schweißnaht nicht durchgehend ist, da die Schweißnaht zwischen den Plättchen und entsprechenden Abschnitten der Flanschschulteroberfläche ausgebildet ist, welche an den Plättchen anliegen, wobei eine Reihe individueller und voneinander beabstandeter Schweißverbindungen zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte erstellt werden.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 5, wobei der abgestufte Abschnitt des Randlippenabschnitts so in den Zahnkranz eingearbeitet ist, dass die Zentralplatte innerhalb des Zahnkranzes angeordnet ist.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine auskragende Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eine ebene Oberfläche ausbildet, wobei der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte eine ebene Anlageoberfläche mit mehreren, sich nach außen erstreckenden Auskragungen ausbildet, die zur Anlage an der ebenen Oberfläche auf dem Randlippenabschnitt des Zahnkranzes ausgestaltet sind, und wobei es sich bei der durch den Kondensatorschweißvorgang gebildeten Schweißnaht um eine Reihe von zwischen den Auskragungen und den entsprechenden Abschnitten der ebenen Oberfläche der Auskragungen erstellten Schweißverbindungen handelt.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Auskragungen auf dem äußeren Peripherieabschnitt der Zentralplatte gleichmäßig beabstandet und in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die Auskragungen in der Zentralplatte durch einen Stanzprozess gebildet werden.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die ebene Oberfläche auf dem Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eine Reihe von Rastausnehmungen aufweist, die zum Aufnehmen und Halten der sich von der Zentralplatte aus erstreckenden Auskragungen bemessen und angeordnet sind.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 7, wobei die ebene Oberfläche des Randlippenabschnitts eine Rastnut aufweist, die zum Aufnehmen und Halten der sich von der Zentralplatte darauf erstreckenden Auskragungen bemessen und angeordnet ist.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine auskragende Verbindungsstruktur handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eine durchgehende Auskragung aufweist, wobei der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte einen ringförmigen Flansch mit einer ebenen Oberfläche aufweist, welche an der durchgehenden Auskragung auf dem Randlippenabschnitt des Zahnkranzes anliegt, und wobei die durch den Kondensatorschweißvorgang ausgebildete Schweißnaht eine durchgehende Schweißverbindung zwischen der durchgehenden Auskragung auf dem Zahnkranz und der ebenen Oberfläche der Zentralplatte ausbildet.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 12, wobei sich die durchgehende Auskragungsoberfläche von einer Oberfläche auf dem Randlippenabschnitt des Zahnkranzes aus nach außen erstreckt.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 12, wobei die durchgehende Auskragung durch eine durchgehende Nut gebildet wird, die in den Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eingearbeitet ist.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um eine durchgehende abgeschrägte Verbindungsstruktur zwischen dem Zahnkranz und der Zentralplatte handelt, wobei der Randlippenabschnitt des Zahnkranzes eine abgeschrägte Kantenfläche ausbildet, wobei der äußere Peripherieabschnitt der Zentralplatte eine Kantenfläche aufweist, die an der abgeschrägten Kantenfläche des Randlippenabschnitts anliegt, und wobei die durch den Kondensatorschweißvorgang gebildete Schweißnaht zwischen den Fügekantenflächen eine Schweißverbindung erstellt.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 15, wobei die Kantenfläche der Zentralplatte durchgehend ist und zum Ausbilden einer durchgehenden Schweißnaht an der abgeschrägten Kantenfläche des Zahnkranzes vollständig anliegt.
Mitnehmerscheibenanordnung nach Anspruch 15, wobei die Kantenfläche der Zentralplatte auf sich nach außen auskragenden Plättchen gebildet wird, so dass eine Reihe von Schweißverbindungen zwischen den Plättchen und entsprechenden Abschnitten der abgeschrägten Kantenfläche, die an den Plättchen anliegen, erstellt werden.
Verfahren zum Herstellen einer zweiteiligen Mitnehmerscheibenanordnung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Zentralplatte mit einem äußeren Peripherieabschnitt, wobei die Zentralplatte eine zumindest auf deren äußeren Peripherieabschnitt gebildete Nitridschicht aufweist, – Bereitstellen eines Zahnkranzes mit einem Randlippenabschnitt, – Positionieren des äußeren Peripherieabschnitts der Zentralplatte in Anlage mit einer Oberfläche des Randlippenabschnitts des Zahnkranzes zum Erstellen einer dazwischenliegenden Verbindungsstruktur, und – Anschweißen des Zahnkranzes entlang der Verbindungsstruktur an die Zentralplatte unter Anwendung eines Kondensatorschweißprozesses zum Erstellen einer dazwischenliegenden Schweißnaht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um ein durchgehendes überlappendes Gefüge handelt, so dass eine durchgehende Schweißnaht erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um ein nicht-durchgehendes überlappendes Gefüge handelt, so dass die Schweißnaht durch eine Reihe individueller Schweißverbindungen ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei es sich bei der Verbindungsstruktur um ein Auskragungsanlagegefüge mit jeweils einem Zahnkranz bzw. einer Zentralplatte mit einer sich davon nach außen erstreckenden Auskragung handelt, die an einem Flächenabschnitt des jeweiligen anderen Zahnkranzes bzw. der jeweiligen anderen Zentralplatte anliegt.