KR20150110655A

KR20150110655A - 기어박스 하우징과 기어박스 하우징을 제조하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20150110655A
Application number: KR1020157022355A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 디트리히; 하인츠 칼 클람플; 마르쿠스 라이터러
Original assignee: 마그나 파워트레인 아게 운트 코 카게
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-10-02
Also published as: MX2015010929A; CN105026795B; DE112014000942A5; WO2014127950A1; JP2016509178A; CN105026795A; JP6207635B2; US20150377338A1

Abstract

본 발명은 제1 기어박스 하우징 부분(1) 및 제2 기어박스 하우징 부분(2)을 포함하는 기어박스 하우징으로서, 상기 제1 기어박스 하우징 부분(1)과 제2 기어박스 하우징 부분(2)이 마찰 교반 용접부(3)에 의해 함께 영구적으로 연결될 수 있는 기어박스 하우징에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기어박스 하우징을 제조하기 위한 상응하는 방법에 관한 것이다.

Description

기어박스 하우징과 기어박스 하우징을 제조하기 위한 방법{GEARBOX HOUSING AND METHOD FOR PRODUCING A GEARBOX HOUSING}

본 발명은 제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징과 제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

그러한 기어 하우징은 특히 차량 기술에 사용되고, 예를 들어 기어박스, 액슬 기어(axle gear) 또는 분배 기어(distribution gear)를 수용하는 역할을 한다. 기어 하우징은 주로 2개의 기어 하우징 부분으로 구성된다. 이 경우에, 보통 기어 하우징 부분들 중 적어도 하나 내에 기어 부분을 설치한 후에, 2개의 기어 하우징 부분이 작동가능하게 확고한 방식으로 서로 연결된다. 연결을 위해, 스크류와 다월 핀(dowel pin) 또는 스프링 핀이 일반적으로 사용된다. 스크류의 유지를 위해, 연결부 영역에 스크류 돔(screw dome)과 같은 재료 집적부(accumulation of material)가 요구된다. 이들 재료 집적부의 보호를 위해, 또한 보강 효과를 갖는 보호 리브가 이어서 스크류 연결부의 영역에 제공된다. 연결부 영역은 예를 들어 기어 하우징으로부터 오일의 방출을 막기 위해 액체 또는 고체 형태의 밀봉 재료에 의해 밀봉되어야 한다.

기술된 구성 유형의 기어 하우징은 큰 크기의 구조 공간을 필요로 하고 무겁다.

DE 10 2007 053 516 A1은 비-해제가능 방식으로 서로 연결되는 제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 갖춘 기어 하우징을 개시한다. 특히, 기어 하우징 부분은 서로 용접될 수 있다. 그러나, 종래의 용접 방법에 의해 서로 연결되는 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징은, 기어 하우징 부분의 재료에 의존하는 방식으로, 기어 하우징 부분의 작동가능하게 확고한 그리고 유밀(oil-tight) 연결부를 생성하기에는 단지 불충분한 정도로만 적합할 뿐이다.

마찰 교반 용접(friction stir welding)은 또한 하우징 구성요소의 연결을 위해 사용되는 알려진 용접 방법이다. 따라서, US 20080067216 A1은 구성요소가 보강 구조체를 사용하여 서로 용접되는, 하우징 부분을 연결하기 위한 방법을 개시한다.

본 발명의 목적은 기어 하우징을 개선하고, 특히 작은 구조 공간을 필요로 하고 경량이며 우수한 강도와 우수한 음향 특성 및 유체-밀봉성(fluid-tightness)을 갖는 기어 하우징을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 이러한 방식으로 개선되는 기어 하우징을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적은 제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징으로서, 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분이 마찰 교반 용접 연결에 의해 서로 영구적으로 연결되는 기어 하우징에 의해 달성된다. 이 경우에, 기어 하우징 부분은 플랜지에 의해 서로 맞대기-연결되며, 여기에서 적어도 플랜지의 외측 견부(shoulder)(12, 13)는 미처리(unprocessed) 주조 재료를 포함한다.

상기한 목적은 또한 제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징을 제조하기 위한 방법으로서, 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분이 제공되고, 이어서 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분이 마찰 교반 용접에 의해 서로 영구적으로 연결되는 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 두 기어 하우징 부분은 플랜지에 의해서 마찰 교반 용접에 의해 서로 접합된다. 이에 의해, 스크류 연결부를 위한 재료 집적부를 생략하는 것이 가능하다. 두 플랜지가 맞닿는 마찰 교반 용접 연결부의 영역이 규칙적인 방식으로, 즉 특히 용접 시임(weld seam)을 따라 연속적이고 매끄러운 방식으로 연장되도록 구성될 수 있는데, 왜냐하면 스크류 연결을 위한 스크류도 재료 집적부도 요구되지 않기 때문이다.

그러한 재료 집적부의 보호를 위한 보강 리브도 또한 제공될 필요가 없다. 플랜지는 힘이 스크류 돔 또는 다월 핀 시트(seat)로 지향되지 않고 대신에 전체 플랜지에 걸쳐 분포되도록 하는 방식으로 구성된다. 마찰 교반 용접 연결부의 용접 시임은 추가의 밀봉이 용접 시임의 영역에 요구되지 않도록 밀착 방식으로 구성될 수 있다.

기어 하우징 부분을 접합하기 위한 교반 마찰 용접의 사용으로 인해, 다른 용접 방법에 비해서, 매우 작은 열 입력이 발생되어, 기어 하우징 부분에서 단지 최소의 뒤틀림만이 발생한다. 본 발명에 따른 기어 하우징은 또한 마찰 교반 용접 영역의 구조의 긍정적인 변화로 인해 낮은 중량과 함께 높은 수준의 강도를 갖는다.

플랜지의 내측 지지 면의 재료는 또한 미처리 주조 재료를 포함할 수 있다. 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분은 회전 대칭 방식으로 구성될 필요가 없다.

기어 하우징은 유리하게는 플랜지의 영역에 위치되는 후육 부분(thickened portion)을 구비한다. 이는 마찰 교반 용접 공구의 방출 구멍을 갖게 하는 역할을 한다.

유리하게는, 각도 360° 초과가 용접되며, 즉 시작점이 오버웰딩된다(overwelded).

제1 기어 하우징 부분은 예를 들어 강도와 중량에 관하여 상이한 재료의 유리한 특성을 조합하기 위해 제2 기어 하우징 부분의 재료와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 마찰 교반 용접 중에, 제2 기어 하우징 부분의 재료에 비해 제1 기어 하우징 부분의 재료가 상이한 용융점을 가질 수 있기 때문에, 재료가 다른 원하는 특성에 따라 선택될 수 있다.

특히, 제1 기어 하우징 부분은 강철을 포함할 수 있고, 제2 기어 하우징 부분은 알루미늄을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 기어 하우징 부분은 강철을 포함할 수 있고, 제2 기어 하우징 부분은 마그네슘을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 기어 하우징 부분은 마그네슘을 포함할 수 있고, 제2 기어 하우징 부분은 알루미늄을 포함할 수 있다.

특히 바람직한 방식으로, 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분은 동일한 재료를 포함하여, 특히 비용-효과적인 제조가 가능해진다. 동일한 유형의 재료가 사용되는 이러한 경우에, 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분은 또한 강철, 알루미늄 또는 마그네슘을 포함할 수 있다.

특히 바람직한 방식으로, 제1 기어 하우징 부분 및/또는 제2 기어 하우징 부분은 다이-캐스팅된 구성요소이다. 이에 의해, 비용, 중량 및 강성에 관한 최적 특성이 달성된다.

기어 하우징 부분들 중 하나는 특히 다이-캐스팅된 알루미늄 또는 다이-캐스팅된 마그네슘의 커버일 수 있다.

리브가 바람직하게는 마찰 교반 용접 연결부의 영역에 배치되지 않는데, 왜냐하면 보호 리브가 이 영역에 요구되지 않고, 리브의 다른 위치가 기어 하우징의 특성을 최적화시키기에 더욱 적합할 수 있기 때문이다. 리브와 벽 보강재가 전적으로 그들이 기어 하우징의 강성과 기어 하우징의 NVH(Noise Vibration Harshness(소음 진동 충격)) 거동에, 즉 기어 하우징의 음향 특성에 최적 방식으로 기여하는 위치에서 기어 하우징 부분 상에 위치될 수 있다.

이를 위해, 바람직하게는 적어도 하나의 리브, 특히 복수의 리브가 제1 기어 하우징 부분 및/또는 제2 기어 하우징 부분 상에 구성된다.

제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징을 제조하기 위해, 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분이 제공되고, 이어서 제1 기어 하우징 부분과 제2 기어 하우징 부분이 마찰 교반 용접에 의해 영구적으로 서로 연결되며, 여기에서 하우징 부분은 플랜지에 의해 서로 맞대기-연결되고, 마찰 교반 용접 공구는 플랜지의 외측 미처리 견부 상에 놓인다.

바람직하게는, 용접 시임은 마찰 교반 용접 작업 중에 매끄러워지고/매끄러워지거나 디버링되며(deburred), 특히 이는 마찰 교반 용접 장치의 공구 견부와 같은 공구 구조체에 의해 용접 작업 중에 수행될 수 있다. 용접 시임은 또한 마찰 교반 용접 후에 폴리싱될 수 있다.

유리하게는, 용접은 360° 초과에 걸쳐 수행되고, 용접 공구는 플랜지의 후육 부분 상에서 반경방향 외향으로 안내된다.

용접 작업을 준비하기 위해, 기어 하우징 부분은 다월 핀에 의해 서로 고정될 수 있다.

이 경우에 마찰 교반 용접 공구가 플랜지들 사이의 최대 수 밀리미터의 간극을 가교할 수 있고 그럼에도 불구하고 하우징 부분을 밀착 방식으로 연결할 수 있는 것이 유리하다.

본 발명의 개발이 종속항, 설명 및 첨부 도면에 기술된다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 예로서 기술된다.
도 1은 종래 기술에 따른 기어 하우징의 3차원 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기어 하우징의 3차원 개략도이다.
도 3은 기어 하우징의 평면도이다.
도 4는 용접 시임을 통한 단면도이다.

도 1은 이미 종래 기술로부터 알려져 있는 그리고 제1 기어 하우징 부분(1) 및 제2 기어 하우징 부분(2)으로 구성되는 기어 하우징을 예시한다. 기어 하우징 부분(1, 2)을 연결하기 위해, 스크류를 갖춘 스크류 돔(6)이 사용된다. 스크류를 갖춘 스크류 돔(6)을 특히 충돌의 경우에 위험으로부터 보호하기 위해, 이들 재료 집적부의 영역에 리브(5)가 보호 리브로서 구성된다. 이들 보호 리브는 또한 힘이 스크류 또는 다월 핀을 통해 집중적인 방식으로 그리고 직접 전달되도록 지향시키는 역할을 할 수 있다. 그러나, 그의 위치는 충돌로부터의 보호 기능으로 인해 그의 힘 전달 기능에 관하여 자유롭게 또는 최적으로 선택될 수 없다. 제1 및 제2 기어 하우징 부분들(1, 2) 사이의 분리 면은 시일(20)에 의해 밀봉된다.

도 2는 본 발명에 따른 기어 하우징을 예시한다. 기어 하우징은 상이한 재료를 포함할 수 있는 제1 기어 하우징 부분(1)과 제2 기어 하우징 부분(2)을 포함한다. 제1 기어 하우징 부분(1)은 마찰 교반 용접 연결부(3)에 의해 제2 기어 하우징 부분(2)에 영구적으로 연결된다. 마찰 교반 용접 연결부(3)는 제1 및 제2 기어 하우징 부분(1, 2)과 함께 균일한 표면을 형성한다. 이 영역에 시일이 요구되지 않는다. 제1 기어 하우징 부분(1) 및 제2 기어 하우징 부분(2) 둘 모두 상에, 리브(4)가 그들이 강성 증가와 우수한 NVH(Noise Vibration Harshness(소음 진동 충격)) 특성에 최적 방식으로 기여하도록 하는 방식으로 배치된다. 마찰 교반 용접 연결부(3)의 영역에는 보호 리브가 제공되지 않는다.

도 3은 2개의 하우징 구성요소(1, 2)를 갖춘 기어 하우징의 도면이다. 그들은 각각의 플랜지(7, 8)에 의해 서로 맞대기-접합된다. 플랜지 연결부의 위치에, 플랜지들 중 하나의 영역에서 반경방향 크기를 갖는 반경방향으로 형성된 후육 부분(9)이 있다. 이 경우에, 후육 부분이 어느 하우징 구성요소(1 또는 2) 상의 플랜지 측에 구성되는지는 상관없다. 후육 부분 내에서, 방출 구멍(10)을 볼 수 있다. 두 구성요소는 플랜지를 따라 연속적으로 연장되는 용접 시임에 의해 서로 접합된다. 시작점(16)에서 시작하여, 그의 급속 회전 핀을 갖춘 마찰 교반 용접 공구가 플랜지(7, 8)를 따라 환형(annular) 방식으로 그리고 이어서 후육 부분의 영역에서 반경방향 외향으로 안내된다.

도 4는 기어 하우징 부분(1, 2)의 접합 위치가 어떻게 구성되는지를 단면으로 도시한다.

기어 하우징 부분은 각각의 경우에 보다 큰 재료 두께에 의해 구성되는 플랜지에서 종단된다. 이에 의해 힘이 균일하고 균질한 방식으로 접합 위치로 도입될 수 있다. 플랜지의 영역에서의 재료 두께의 증가로 인해, 하나가 다른 하나에 맞대어져 놓일 때, 접합될 간극(15)을 형성하는 면이 형성된다. 견부(12, 13)가 플랜지(7, 8)의 외측에 형성된다. 마찰 교반 용접 공구(11)의 하부 맞닿음 부재(14)가 그들 견부(12, 13)와 맞닿게 된다. 견부는 마찰 교반 용접에 의해 접합 작업을 위해 전처리될 필요가 없다. 그들은 주조 구성요소의 미처리 표면을 포함할 수 있다. 이 경우에 마찰 교반 용접은 최대 1.5 mm의 더욱 우수한 품질을 위해 최대 수 밀리미터의 조도를 허용할 수 있다. 이에 의해 처리 단계가 생략될 수 있고, 접합 단계가 직접 주조 구성요소에 사용될 수 있다. 항상 기술적인 제조 이유로 생성되는 주조 구성요소의 스킨(skin)이 또한 문제가 되지 않는데, 왜냐하면 그것이 공구의 가소화 및 혼합 작용에 의해 마찰 교반 용접 작업 중에 금속 매트릭스 내에 균질한 방식으로 통합되기 때문이다. 간극(15)의 경계를 정하는 표면도 또한 거칠고 미처리될 수 있다. 이 경우에, 마찰 교반 용접은 또한 수 밀리미터의 그러나 분명히 최대 1 밀리미터의 간극을 허용한다.

접합 공정을 위해, 기어 하우징 부분(1, 2)은 다월 핀으로 서로 맞대어져 위치될 수 있다.

이어서, 마찰 교반 용접 공구가 위치되고, 견부가 위치될 때, 피가공물 표면 내로 도입되는 공구의 핀이 플랜지 라인을 따라 안내된다. 이 경우에 시작점이 오버웰딩되고, 공구가 적어도 기존 용접 시임을 따라 360°를 넘어 추가로 몇 각도만큼 안내된다. 이 경우에, 공구는 후육 부분(9)을 향하는 방향으로 외향으로 천천히 안내된다. 용접 작업은 그 위치에서 맨드릴이 들어 올려지고 방출 구멍이 남겨진 상태로 종료된다.

방출 구멍이 환형 용접부 밖의 한정된 위치에 생성된다는 사실로 인해, 용접부가 불침투성으로 유지된다.

1: 제1 기어 하우징 부분
2: 제2 기어 하우징 부분
3: 마찰 교반 용접 연결부
4: 리브
5: 리브
6: 스크류를 갖춘 스크류 돔
7: 플랜지 하우징 부분 1
8: 플랜지 하우징 부분 2
9: 후육 부분
10: 방출 구멍
11: 마찰 교반 용접 공구
12: 견부 플랜지 8
13: 견부 플랜지 7
14: 하부 맞닿음 부재(공구 견부)
15: 간극
16: 시작점
20: 시일

Claims

제1 기어 하우징 부분(1) 및 제2 기어 하우징 부분(2)을 포함하는 기어 하우징으로서, 제1 기어 하우징(1)과 제2 기어 하우징 부분(2)은 마찰 교반 용접 연결부(3)에 의해 서로 영구적으로 연결되는 기어 하우징에 있어서,
기어 하우징 부분(1, 2)은 플랜지(7, 8)에 의해 서로 맞대기-연결되고, 적어도 플랜지의 외측 견부(12, 13)는 미처리 주조 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항에 있어서,
플랜지(12, 13, 7, 8)는 그들이 기어 하우징에 인가되는 힘을 광범위한 방식으로 흡수하도록 하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 기어 하우징 부분(1)은 제2 기어 하우징 부분(2)의 재료와 상이한 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
플랜지의 내측 지지 면들(15) 중 적어도 하나는 미처리 주조 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
하우징 부분들(1, 2) 중 하나는 플랜지(7, 8)의 영역에서 반경방향 후육 부분(9)을 구비하는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
반경방향 후육 부분(9)은 마찰 교반 용접 공구(11)의 방출 구멍(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
마찰 교반 용접 연결부(3)의 영역은 360°를 초과하여 환형 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
리브(4, 5)가 마찰 교반 용접 연결부(3)의 영역에 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 기어 하우징.
제1 기어 하우징 부분 및 제2 기어 하우징 부분을 포함하는 기어 하우징을 제조하기 위한 방법으로서, 제1 기어 하우징 부분(1)과 제2 기어 하우징 부분(2)이 제공되고, 후속하여 제1 기어 하우징 부분(1)과 제2 기어 하우징 부분(2)이 마찰 교반 용접에 의해 서로 영구적으로 연결되는 방법에 있어서,
기어 하우징 부분(1, 2)은 플랜지(12, 13)에 의해 맞닿는 방식으로 서로 상에 위치되고, 마찰 교반 용접 공구(11)는 그의 견부가 플랜지의 외측 미처리 견부(12, 13) 상에 있는 상태로 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
용접 시임이 마찰 교반 용접에 의해 매끄러워지고/매끄러워지거나 디버링되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
용접 시임은 360°를 초과하는 각도에 걸쳐 환형 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
용접 시임은 시작점을 넘어 안내되고, 후육 부분(9) 내로 반경방향 외향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
기어 하우징 부분(1, 2)은 용접 작업 전에 다월 핀(dowel pin)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
마찰 교반 용접 공구는 플랜지들 사이의 최대 1 mm의 간극을 가교하고, 기어 하우징 부분을 밀착 방식으로 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.