DE102006018496A1

DE102006018496A1 - Verbindung von Blechbauteilen eines Getriebes

Info

Publication number: DE102006018496A1
Application number: DE102006018496A
Authority: DE
Inventors: Ramon Jurjanz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN101427056A; KR20080111076A; CN101427056B; US8303460B2; WO2007122078A1; KR101499258B1; US20090105034A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindung (5) von Blechbauteilen (2, 3) eines Getriebes (1), wobei die Verbindung (5) zumindest einen Formschluss zwischen wenigstens einem ersten Blechbauteil (2) und mindestens einem zweiten Blechbauteil (3) aufweist und dabei der Formschluss mittels wenigstens eines aus dem ersten Blechbauteil (2) hervorstehenden Zapfens (6) gebildet ist, wobei der Zapfen (6) in eine zumindest teilweise mit der äußeren Kontur des Zapfens (6) korrespondierende Öffnung (9) an dem zweiten Blechbauteil (3) eingreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verbindung 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 mittels wenigstens eines 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. Die Erfindung betrifft weiter ein Getriebe mit einer derartigen Verbindung.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Verbindungen sind in DE 26 52 652 A1 beschrieben. Durch den Formschluss ist abgesichert, dass gemeinsam um eine Rotationsachse rotierende Bauteile drehmomentenfest aneinander gesichert sind. In anderen Fällen ist durch eine derartige Verbindung abgesichert, dass sich die Teile nicht gegeneinander verdrehen oder in sonstiger Weise gegeneinander bewegen. Der zuletzt genannte Fall ist in DE 26 52 652 A1 beschrieben. Ein Sicherungsblech zur Sicherung eines Planetenbolzens ist zusätzlich am Planetenträger mittels einer Durchstellung des Bleches des Planetenträgers gesichert. Derartige Durchstellungen sind durch Prägen oder Stanzprägen erzeugt.
In den Fällen, in denen zwischen zwei miteinander verbundenen Blechbauteilen eines Getriebes hohe Drehmomente übertragen werden müssen, sind die Blechbauteile häufig mittels Schweißverbindungen oder mittels Nieten miteinander verbunden. Die beim Schweißen eingebrachte Wärme führt häufig zu ungewollten Verformungen der Getriebebauteile. Deshalb wird oft auf das Nieten zurückgegriffen. Die Nieten werden beispielsweise in Planetentrieben zwischen dem Planetenbolzen platziert. Oft steht jedoch wenig axialer sowie radialer Bauraum für die Köpfe der Niete zur Verfügung. Die Abmessungen des Getriebes müssen dann entsprechend groß gestaltet werden, um den zu übertragenden Drehmomenten angepasste Niete einbringen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung von Blechbauteilen eines Getriebes und ein Getriebe mit einer derartigen Verbindung zu schaffen, die platzsparend ausgebildet ist und über die hohe Momente zwischen den miteinander verbundenen Bauteilen übertragen werden können.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der aus dem ersten Bauteil durchgestellte Zapfen in eine Öffnung des zweiten Blechbauteils hinein oder durch diese Öffnung hindurchgreift und dabei der Zapfen das zweite Blechbauteil zumindest an einem Hinterschnitt hintergreift. Der Hinterschnitt ist einmaterialig mit dem Werkstoff des Bleches des zweiten Blechbauteiles ausgebildet. Das erste und das zweite Blechbauteil sind mittels des den Hinterschnitt hintergreifenden Zapfens unlösbar miteinander verbunden. Die Blechbauteile sind durch Durchstellen eigenen Materials ohne Zuhilfenahme des üblichen Verbindungsmittels Niet miteinander vernietet. Dazu ist randseitig des freistehenden Endes des Zapfens Material durch Prägen, Rollieren, Stanzen oder Biegen radial nach außen so umgelegt, dass es den Hinterschnitt hintergreift. Material lässt sich einfach aus dem Zapfen an den Hinterschnitt verdrängen, wenn der Zapfen innen hohl ist. Der Hinterschnitt an dem zweiten Bauteil ist entweder vor der Montage der Blechbauteile aneinander und somit vor Herstellung der Verbindung erzeugt oder wird, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, durch Verdrängen von Material aus dem zweiten Blechbauteil beim Herstellen der Nietverbindung geformt. Der Hinterschnitt ist entweder direkt in der Öffnung ausgebildet oder ist der von dem ersten Blechbauteil abgewandte Rand der Öffnung eines Durchgangsloches.
Der Zapfen ist vorzugsweise aus einem Wandabschnitt des ersten Blechbauteiles durchgestellt, so dass rückseitig des Zapfens an der von dem zweiten Blechbauteil abgewandten Seite eine Vertiefung im ersten Blechbauteil ausgebildet ist. Der Stempel des für die Herstellung des Zapfens benötigten Werkzeuges ist vorzugsweise außenzylindrisch. Somit ist der Zapfen außen zylindrisch und die durch Verdrängen des Materials erzeugte Vertiefung innen zylindrisch. Das Volumen des Zapfens entspricht dem aus der Vertiefung verdrängten Material.
Vorzugsweise sind die Blechbauteile mittels zwei oder mehr der erfindungsgemäßen Verbindungen aneinander befestigt. Außerdem sind Kombinationen der erfindungsgemäßen Verbindungen mit bisher bekannten Verbindungen wie mit der klassischen Verbindung mittels Nieten oder wie mit Schraubverbindungen miteinander kombiniert. Die Abmessungen der einzelnen Verbindungen sind den Anteilen aus den maximalen Belastungen angepasst. Die maximalen Belastungen auf die Bauteile verteilen sich je nach Lage und Ausführung anteilig auf die einzelnen Verbindungen. Es ist denkbar, dass in der Gesamtverbindung einzelne Verbindungen gleichen Typs abmessungsgleich sind oder sich in den Abmessungen untereinander unterscheiden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung eine Durchstellnietverbindung ist, die aus Durchstellen und plastischem Verformen von Material aus den aneinander liegenden Blechbauteilen resultiert. Das zweite Blechbauteil weist dazu in einem Ausgangszustand an einem vorbestimmten Abschnitt ein Durchgangsloch auf, das später die Öffnung bildet. An dem Abschnitt liegt dann zunächst plan ein Abschnitt des ersten Blechbauteils auf, der wahlweise auch mit einem Durchgangsloch versehen ist. Die Durchgangslöcher weisen dabei als gemeinsame Symmetrieachse die spätere Symmetrieachse des Zapfens auf. Schließlich wird mittels Stempel(n) der Zapfen und gleichzeitig die Nietverbindung erzeugt. Die Vertiefung weist eine Innenform auf, die der Außenform des Stempels entspricht, mit dem der Zapfen aus dem ersten Blechbauteil verdrängt wurde.
Der Zapfen weist in der Durchstellnietverbindung ein Volumen auf, das dem Volumen des aus der Vertiefung verdrängten Materials im wesentlichen entspricht. Der Zapfen ist endseitig in der Nietverbindung so aufgeweitet, dass die radialen Außenabmessungen des Zapfens größer sind als der engste Querschnitt in der Öffnung an dem Hinterschnitt.
Der Hinterschnitt weist eine Form auf, die sich aus den Abmessungen einer Matrize, auf der das zweite Blechbauteil beim Nieten abgestützt war, aus den Abmessungen des Stempels, aus dem Verhältnis der vorgenannten Abmessungen zueinander sowie aus den Umformkräften ergibt. Die Kontur des Hinterschnitts ist aus dem Material des zweiten Blechbauteils gebildet, welches beim Formen und gleichzeitigen endseitigen Verformen des Zapfens mit dem Material des ersten Blechbauteils bzw. durch das aus dem ersten Blechbauteil verdrängte Material plastisch verformt wurde. Außerdem ist die Kontur des Hinterschnitts von dem Material bestimmt, das aus dem Zapfen radial nach außen gewölbt ist und den Hinterschnitt hintergreift.
Die Verbindung wurde mit Finite-Elemente-Methode rechnerisch ausgelegt und im Versuch getestet. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Querschnittes des Materials gerichtet, durch das der Zapfen und das erste Blechbauteil nach dem Durchstellen des Zapfens nicht vollständig voneinander getrennt sind und welches somit das erste Blechbauteil mit dem Zapfen nach dem Durchstellen des Materials noch einmaterialig verbindet.
Bei der Auslegung der Nietverbindung wurden deshalb außer den Eigenschaften des Materials, aus dem die Blechbauteile gebildet sind, und außer den umformtechnischen Gesetzmäßigkeiten auch nachfolgend aufgeführte und an einem Ausführungsbeispiel nach 1 dargestellten Größen berücksichtigt, die unter anderem auch Einfluss auf die Festigkeit dieses vorgenannten Querschnitts haben:

f ist der Innendurchmesser der Vertiefung
g ist die mit der Symmetrieachse des Zapfens gleichgerichtete Tiefe der Vertiefung
e ist die mit der Symmetrieachse des Zapfens gleichgerichtete Gesamtwandstärke der an der Verbindung aneinander liegenden Blechbauteile
d ist die Wandstärke des ersten Blechbauteils an der Verbindung
c ist die Wandstärke des zweiten Blechbauteils an der Verbindung
a ist der engste Querschnitt eines möglichen Durchgangsloches im Zapfen
b ist die größte radiale Außenabmessung eines axialen Aufwurfes an der Öffnung des zweiten Blechbauteiles und somit gleichzeitig Innendurchmesser der Matrize, auf der das zweite Blechbauteil beim herstellenden Durchstellnietverbindung abgestützt war.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind konstruktiv und rechnerisch ermittelte Abhängigkeiten der vorgenannten Größen voneinander und sind in 2 tabellarisch zusammengefasst.
Mit der Erfindung ist eine Nietverbindung geschaffen, die äußerst platzsparend ausgeführt ist und wenig oder keinen axialen Bauraum benötigt. Auf das klassische Verbindungselement Niet als Bauteil kann somit verzichtet werden. Die Nietverbindung ist einfach bei der Montage der Getriebebauteile herstellbar und deshalb kostengünstig. Diese Nietverbindung ist auch an Blechbauteilen mit relativ dicker Wandstärke anwendbar. Die radialen Abmessungen der Nietverbindung sind gering, so dass diese auch an Stellen angeordnet werden kann, an denen die Köpfe herkömmlicher Niete aufgrund ihrer Abmessungen stören würden.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Teilansicht eines als Planetengetriebes aufgeführten Getriebes 1. Der als zweites Blechbauteil 2 bezeichnete Planetenträger ist mit einem ersten Blechbauteil 3 verbunden, welches außen eine Verzahnung 4 oder Eingriffe für Kupplungslamellen aufweist. Die Blechbauteile 2 und 3 sind mittels erfindungsgemäßer und weiterer Verbindungen miteinander verbunden, von denen ein Ausführungsbeispiel einer Verbindung 5 zeichnerisch dargestellt ist. Die Verbindung 5 ist eine formschlüssige Verbindung der Blechbauteile 2 und 3 mit kraftschlüssigen Anteilen. Dazu steht aus den ersten Blechbauteil 3 ein Zapfen 6 axial hervor. Die Symmetrieachse 7 des Zapfens 6 verläuft parallel zur Rotationsachse 8 des Planetengetriebes. In dem zweiten Blechbauteil 2 ist eine Öffnung 9 ausgebildet. Die Öffnung 9 weist einen Hinterschnitt 10 auf, der durch die Flanke 11 begrenzt ist und an einer Ringkante 12 endet. Die Ringkante 12 begrenzt den engsten Querschnitt der Öffnung 9. Die Flanke 11 ist wahlweise eine Mantelfläche eines Innenkonus oder gewölbt. Der Durchmesser der Öffnung 9 vergrößert sich zum ersten Blechbauteil 2 hin. Die Öffnung ist in diesem Bereich durch einen außen konischen Abschnitt 13 des Zapfens ausgefüllt. Wahlweise ist der Abschnitt 13 in beliebige Richtung gewölbt. Der Hinterschnitt 10 ist an der Flanke 11 durch einen Wulst 14 hintergriffen. Der Wulst 14 ist in eine axiale Richtung gegen die Flanke 11 plastisch geformt und somit vorgespannt, da sich der Zapfen in die andere axiale Richtung mit dem Abschnitt 13 in der Öffnung 9 abstützt.
Rückseitig schließt sich dem Zapfen 6 eine Vertiefung 15 an. Die Vertiefung 15 ist innen hohlzylindrisch ausgebildet und weist im wesentlichen das Volumen des axial aus dem ersten Bauteil 2 hervorstehenden Zapfens 6 auf. Der Zapfen 6 weist ein Durchgangsloch 20 auf, das sich in Richtung des freistehenden Endes 16 des Zapfens erweitert und in entgegengesetzter Richtung in die Vertiefung 15 übergeht.
Von dem zweiten Blechbauteil 3 steht ein axialer Aufwurf 17 ab. Der Aufwurf 17 ist durch Material des zweiten Blechbauteiles 3 gebildet, das beim Herstellen der Durchstellnietverbindung mittels des Materials des Zapfens 6 aus der Öffnung 9 zur Bildung des Hinterschnitts 10 verdrängt wurde. Die ringförmige Innenkante 18 in der Vertiefung und die ringförmige Außenkante 19 an dem Aufwurf sind mit einem Radius r versehen, der vorzugsweise ein Maß von 0,05 mm bis 2 mm aufweist.

1: Getriebe
2: zweites Blechbauteil
3: erstes Blechbauteil
4: Verzahnung
5: Verbindung
6: Zapfen
7: Symmetrieachse
8: Rotationsachse
9: Öffnung
10: Hinterschnitt
11: Flanke
12: Ringkante
13: Abschnitt
14: Wulst
15: Vertiefung
16: Ende
17: Aufwurf
18: Innenkante
19: Außenkante
20: Durchgangsloch

Claims

Verbindung (5) von Blechbauteilen (2, 3) eines Getriebes (1), wobei die Verbindung (5) zumindest einen Formschluss zwischen wenigstens einem ersten Blechbauteil (3) und mindestens einem zweiten Blechbauteil (2) aufweist und dabei der Formschluss mittels wenigstens eines aus dem ersten Blechbauteil (3) hervorstehenden Zapfens (6) gebildet ist, wobei der Zapfen (6) in eine zumindest teilweise mit der äußeren Kontur des Zapfens (6) korrespondierende Öffnung (9) an dem zweiten Blechbauteil (3) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) das zweite Blechbauteil zumindest an einem Hinterschnitt (10) des zweiten Blechbauteils (2) hintergreift und dass die Blechbauteile (2, 3) an dem Hinterschnitt (10) unlösbar miteinander verbunden sind.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass randseitiges Material am freistehenden Ende (16) des Zapfens (6) von dem Zapfen (6) radial nach außen hervorsteht und den aus dem Material des zweiten Blechbauteils (2) gebildeten Hinterschnitt (10) hintergreift.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das freistehende und in die Öffnung (9) eintauchende Ende (16) des Zapfens (6) wulstartig radial nach außen aufgeweitet ist und dabei den Hinterschnitt (10) axial hintergreift.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) innen hohl ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) einen in der Öffnung (9) ausgebildeten Hinterschnitt (10) hintergreift.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) aus dem Material des ersten Blechbauteils (3) so durchgestellt ist, dass rückseitig des Zapfens (6) an der von dem zweiten Blechbauteil (2) abgewandten Seite des Zapfens (6) eine Vertiefung (15) in dem ersten Blechbauteil (3) ausgebildet ist.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch ausgebildet ist, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht und dabei die Vertiefung (15) einen Innendurchmesser aufweist, der dem 0,5 bis 1,5- fachen der mit der Symmetrieachse (7) gleichgerichteten Tiefe der Vertiefung (15) entspricht.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch ausgebildet ist, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht und dabei die Tiefe dem 0,3- bis 0,9-fachen der mit der Symmetrieachse (7) gleichgerichteten Wandstärke des ersten Blechbauteils (3) an der Verbindung (5) entspricht.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch ausgebildet ist, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht, wobei die Vertiefung (15) einen Innendurchmesser aufweist, der dem 0,75 bis 1,5 fachen einer Gesamtwandstärke an der Verbindung (5) aneinander liegenden Blechbauteile (2, 3) entspricht und dabei die Gesamtwandstärke die richtungsgleich zur Symmetrieachse (7) betrachtete Summe aus der der Wandstärke des ersten Blechbauteils (2) und aus der Wandstärke des zweiten Blechbauteils (3) ist.
Verbindung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) und damit die Vertiefung (15) sowie der Hinterschnitt (10) und ein den Hinterschnitt (10) in der Öffnung (9) hintergreifender Wulst (14) am freien Ende (16) des Zapfens (6) aus Abschnitten des Bleches der Blechbauteile an der Verbindung (5) gebildet sind, wobei das Material der Abschnitte beim Herstellen der Verbindung (5) in einem Arbeitsgang aus den aneinander liegenden Blechbauteilen (2, 3) plastisch verdrängt wurde.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) und damit die Vertiefung (15) sowie der Hinterschnitt (10) und ein den Hinterschnitt (10) in der Öffnung (9) hintergreifender Wulst (14) am freien Ende (16) des Zapfens (6) aus Abschnitten des Bleches der Blechbauteile an der Verbindung (5) gebildet sind, wobei das Material der Abschnitte beim Herstellen der Verbindung (5) in einem Arbeitsgang aus den aneinander liegenden Blechbauteilen (2, 3) plastisch verdrängt wurde und dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch hohl und der Zapfen (6) innen hohl ausgebildet sind, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht, und wobei der Innendurchmesser der Vertiefung (15) das 1,8- bis 8- fache der größten freien Innenabmessung des Zapfens (6) ist.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) und damit die Vertiefung (15) sowie der Hinterschnitt (10) und ein den Hinterschnitt (10) in der Öffnung (9) hintergreifender Wulst (14) am freien Ende (16) des Zapfens (6) aus Abschnitten des Bleches der Blechbauteile an der Verbindung (5) gebildet sind, wobei das Material der Abschnitte beim Herstellen der Verbindung (5) in einem Arbeitsgang aus den aneinander liegenden Blechbauteilen (2, 3) plastisch verdrängt wurde und dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch hohl und der Zapfen (6) innen hohl ausgebildet sind, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht, und wobei der Zapfen (6) Innenabmessungen aufweist die dem 0,2- bis 0,8 fachen einer Gesamtwandstärke der an der Verbindung (5) aneinander liegenden Blechbauteile entspricht und dabei die Gesamtwandstärke die richtungsgleich zur Symmetrieachse (7) betrachtete Summe aus der der Wandstärke des ersten Blechbauteils (2) und aus der Wandstärke des zweiten Blechbauteils (2) ist.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (6) und damit die Vertiefung (15) sowie der Hinterschnitt (10) und ein den Hinterschnitt (10) in der Öffnung (9) hintergreifender Wulst (14) am freien Ende (16) des Zapfens (6) aus Abschnitten des Bleches der Blechbauteile an der Verbindung (5) gebildet sind, wobei das Material der Abschnitte beim Herstellen der Verbindung (5) in einem Arbeitsgang aus den aneinander liegenden Blechbauteilen (2, 3) plastisch verdrängt wurde und dass das zweite Blechbauteil einen aus einem Teil des plastisch verdrängten Material gebildeten Wulst (14) aufweist, wobei sich der Wulst (14) in mit der Symmetrieachse (7) gleichgerichtete Richtung nach dem Hinterschnitt (10) aus dem zweiten Blechbauteil (2) hervorsteht.
Verbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (15) innenzylindrisch hohl ist, wobei die Symmetrieachse (7) der Vertiefung (15) in die Richtung ausgerichtet ist, in die der Zapfen (6) hervorsteht, und dass die größte radiale und somit quer zur Symmetrieachse (7) gerichtete äußere Abmessung des Wulstes (14) das 0,5- bis 1,0- fache des Innendurchmessers der Vertiefung (15) ist.
Getriebe mit einer Verbindung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Blechbauteile (2, 3) ein Planetenträger eines Planetentriebs ist.