DE102011087205A1

DE102011087205A1 - Laufradnabe mit Flansch

Info

Publication number: DE102011087205A1
Application number: DE102011087205A
Authority: DE
Inventors: Alfredo Jimenez; Dr. Farahati Rashid; Kris Rouch
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US20120151907A1; CN102563000B; CN102563000A

Abstract

Es wird eine Laufradnabe mit einem sich entlang einer Achse erstreckenden Rohrteil mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, wobei eine Längsbohrung den Innendurchmesser bildet, und mit einem sich vom Rohrteil aus in radialer Richtung erstreckenden Flansch beschrieben, wobei die Längsbohrung durch den Rohrteil und der Flansch durch ein Kaltumformverfahren gebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Drehmomentwandler, insbesondere eine Laufradnabe für einen Drehmomentwandler und ganz speziell eine nahtlose Laufradnabe mit Flansch für einen Drehmomentwandler.
In der Technik sind Drehmomentwandler bekannt, die üblicherweise eine Laufradnabe zum Verbinden mit einer Getriebebaugruppe aufweisen. Bei einem bekannten Typ der Laufradnabe handelt es sich um eine Nabe, die durch Schmieden geformt wird. Da diese Nabe durch Schmieden hergestellt werden muss, ist ihre Herstellung sehr kostenaufwendig. Siehe hierzu zum Beispiel die US-Patentanmeldung Nr. 2009/0155078, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist. Geschmiedete Naben werden mit einem sehr großen radialen Flansch hergestellt, um die Verbindung der Nabe mit der Laufradschale zu verstärken, was im Folgenden eingehend erörtert wird. Bei einem zweiten Typ der Laufradnabe handelt es sich um eine Nabe mit nahtgeschweißtem Rohr, die durch Walzen eines langen ebenen Stahlblechs zu einem Rohr und Verschweißen der Fuge gebildet wird. Diese Nabe ist jedoch wegen der Längsnaht sowie wegen des fehlenden Flansches nicht sehr stabil.
Bei einem anderen Typ der Laufradnabe handelt es sich um eine Nabe aus nahtlosem Rohr, die durch eine Art Extrusionsprozess gebildet wird. Diese nahtlose Nabe ist zwar stabiler als die Nabe mit nahtgeschweißtem Rohr, aber nicht annähernd so stabil wie die geschmiedete Nabe, da auch bei ihr der Flansch fehlt. Wenn die rohrförmige Nabe an die Laufradschale angeschweißt ist, steht sie somit im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Laufradschale, und an dieser Kontaktstelle ist um das Rohr herum eine Schweißnaht gebildet. Von Nachteil ist hierbei, dass sich die Schweißnaht an der Stelle befindet, an der sich die rohrförmige Nabe verbiegt oder verwindet, wenn beim Betrieb des mit der Nabe verbundenen Drehmomentwandlers Kräfte auf die Nabe einwirken. Zum Beispiel kann der Drehmomentwandler im Normalbetrieb aufgrund einer geringfügigen Dejustierung des Drehmomentwandlers zwischen Motor und Getriebe leicht schwingen oder taumeln. Dadurch wirkt auf die Schweißnaht ein starkes Biegemoment ein, das durch die auf die Nabe ausgeübten Kräfte erzeugt wird. Der Flansch der geschmiedeten Nabe verlagert die Schweißnaht, sodass es direkt an der Schweißnaht nicht zur Verbiegung kommt und dadurch die Spannungen in der Schweißnaht verringert werden. Durch das Verlagern der Schweißnaht in radialer Richtung nach außen wird außerdem die durch die Schweißnaht bedeckte Fläche vergrößert und somit die Gesamtfestigkeit der Schweißverbindung erhöht. Erwünscht ist somit eine Nabe mit einem Flansch, die jedoch durch ein Verfahren hergestellt wird, das weniger kostspielig ist als Schmieden.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen eine Laufradnabe mit einem sich entlang einer Achse erstreckenden Rohrteil mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, wobei eine Längsbohrung den Innendurchmesser bildet, und mit einem sich vom Rohrteil aus in radialer Richtung erstreckenden Flansch, wobei ein Durchmesser des Flansches höchstens um 30% größer als der Außendurchmesser ist. Bei einer Ausführungsart werden die Längsbohrung durch den Rohrteil, der Flansch oder beide durch ein Kaltumformverfahren gebildet. Bei einer Ausführungsart beträgt der Außendurchmesser des Rohrteils höchstens ungefähr 50 mm. Bei einer Ausführungsart wird die Laufradnabe aus Stahl SAE 1035 oder SAE 10B35 hergestellt.
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen auch einen Drehmomentwandler mit einer Laufradnabe, die gemäß dem vorhergehenden Absatz an eine Laufradschale angeschweißt ist. Bei einer Ausführungsform ist die Laufradnabe so an die Laufradschale angeschweißt, dass der Innendurchmesser des Rohrteils der Laufradnabe auf die innere Umfangsfläche der Laufradschale ausgerichtet ist. Bei einer Ausführungsform ist die Laufradnabe so an die Laufradschale angeschweißt, dass eine radiale Fläche des Flansches auf eine radiale Innenfläche der Laufradschale ausgerichtet ist.
Diese sowie andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres verständlich.
Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers ist, der eine Laufradnabe mit einem Kleinflansch aufweist, die bei einer ersten Ausführungsart an eine Laufradschale angeschweißt ist;
2 ist eine Querschnittsansicht einer Laufradnabe mit einem Kleinflansch ist, die bei einer zweiten Ausführungsart an eine Laufradschale angeschweißt ist; und
3 eine Querschnittsansicht einer Laufradnabe mit einem Kleinflansch ist.
Von vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte beschränkt ist.
Darüber hinaus sollte klar sein, dass diese Erfindung nicht auf die beschriebenen bestimmten Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur Beschreibung bestimmter Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung dienen, die nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt wird. Klar ist auch, dass jede Bezugnahme auf axiale, radiale oder Umfangsrichtungen, -flächen oder -eigenschaften in Bezug auf die in den Zeichnungen angegebene Rotationsachse erfolgt, die im Allgemeinen als Achse A bezeichnet wird. Die Begriffe „Kaltumformung” und/oder „Kaltverformung” werden gemäß der allgemein gebräuchlichen Definition der Begriffe gebraucht und bedeuten im Allgemeinen, dass der Umformprozess bei Umgebungs- oder Raumtemperatur oder, genauer gesagt, bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des umzuformenden Werkstoffs erfolgt.
Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einheiten und Werkstoffe verwendet werden können, die den hier beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, können zum Durchführen oder Testen der Erfindung die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Verfahren, Einheiten und Werkstoffe verwendet werden.
1 zeigt einen Drehmomentwandler 10, der zum Beispiel mit einem Deckel 12 ausgestattet ist, der mit einem Motor oder einer anderen Drehmomentquelle verbunden ist (nicht gezeigt), wobei der Drehmomentwandler auch ein Laufrad 14, eine Turbine 16, einen Stator 18 und einen Schwingungsdämpfer 20 aufweist, um durch den Drehmomentwandler ein Drehmoment hydraulisch zu übertragen. Diese Komponenten werden zum Zweck der Erörterung dargestellt und können durch eine andere Art oder Gestaltung des Deckels, des Laufrads, der Turbine, des Stators und/oder des Schwingungsdämpfers ersetzt werden, wie sie in der Technik bekannt sind, und bei einigen Ausführungsarten können einige dieser Komponenten sogar weggelassen werden.
Der Deckel 12 wird aus zwei Deckelteilen gebildet, und zwar aus dem motorseitigen Deckelteil 22 und dem Deckelteil 24 der Laufradschale. Das heißt, der Deckelteil 24 bildet auch eine Schale für das Laufrad 14. Die Deckelteile 22 und 24 sind zum Beispiel durch eine Schweißnaht 26 miteinander verbunden. Die Laufradnabe 28, die einen Kleinflansch 30 beinhaltet, ist durch eine Schweißnaht 32 an der Laufradschale 24 befestigt. Bei der Ausführungsart von 1 liegt der Kleinflansch 30 passgenau an der radialen Außenfläche der Laufradschale 24 an, sodass die innere Umfangsfläche 34 der Nabe 28 auf die innere Umfangsfläche 35 der Laufradschale 24 ausgerichtet ist und so eine im Wesentlichen stufenlose Öffnung zum Aufnehmen der Eingangs- und/oder der Statorwelle von einem Getriebe bildet, um dieses zum Beispiel mit dem Ausgang des Dämpfers 20 und dem Stator 18 zu verbinden.
In Bezug auf die Ausführungsart von 2 wird eine zweite Anordnung gezeigt. Die gezeigte Laufradschale 36, die der Schale 24 im Wesentlichen ähnlich ist, ist an die Laufradnabe 38 angeschweißt, die der Laufradnabe 28 insofern ähnelt, als die Nabe 38 einen Kleinflansch 40 beinhaltet. Ebenso wie die Nabe 28 ist die Nabe 38 durch eine Schweißnaht 42 an der Laufradschale 36 befestigt, jedoch ist die Nabe in Bezug auf die Laufradschale anders angeordnet. Insbesondere ist die Nabe 38 in Bezug auf die Laufradschale so angeordnet, dass die radiale Fläche 44 der Nabe nicht passgenau an der radialen Außenfläche der Laufradschale anliegt, sondern dass die radiale Fläche 44 auf die radiale Innenfläche 46 der Laufradschale 36 ausgerichtet ist.
Die in 3 gezeigte Laufradnabe 50 stellt ein allgemeines Beispiel einer Nabe gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Nabe 50 beinhaltet einen Rohrteil 52 mit einem aufgeweiteten Ende oder Kleinflansch 54, der im Allgemeinen den beiden Kleinflanschen 30 und 40 ähnelt. Die Bohrung 56 ist entlang der Mittellinie der Nabe gebildet, damit diese in ihrem Inneren zum Beispiel eine Eingangswelle des Getriebes aufnehmen kann. Die Nabe 50 weist einen inneren Rohrdurchmesser D1 und einen äußeren Rohrdurchmesser D2 auf. Der innere Rohrdurchmesser ist durch die Bohrung entlang der Mittellinie des Rohrs definiert. Der Flanschdurchmesser D3 definiert den Außendurchmesser für den Flansch 54.
Beispielsweise aufgrund des Kaltumformverfahrens entsteht ein Durchmesser D3, der höchstens um ungefähr 30% größer als der äußere Rohrdurchmesser D2 ist. Daher wird hier der Begriff „Kleinflansch” gebraucht, da der Flansch von in Drehmomentwandlern nach dem Stand der Technik verwendeten geschmiedeten Naben wesentlich größer als die Kleinflansche der vorliegenden Erfindung ist, wobei der Flanschdurchmesser von geschmiedeten Naben mindestens um ungefähr 50% größer als der äußere Rohrdurchmesser ist. Da für Laufradnaben üblicherweise Stahl verwendet wird, hat sich gezeigt, dass der Werkstoff für die Herstellung von Naben mit Kleinflansch gemäß der vorliegenden Erfindung einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen sollte, wie zum Beispiel bei den Stahlsorten SAE 1053 oder SAE 10B35, damit er durch das Kaltumformverfahren ausreichend verformt wird.
Gemäß der obigen Erörterung besteht der Vorteil darin, dass durch die Einbeziehung der Kleinflansche 30, 40 oder allgemein 54 die Schweißnaht, wie beispielsweise die Schweißnähte 32 und 42, in Bezug auf die Lage der Schweißnaht bei einer Nabe aus nahtlosem Rohr radial nach außen verschoben ist. Da die Schweißnaht kreisförmig um den Außenumfang der Nabe herum gebildet wird, führt die Verschiebung der Schweißnaht in radialer Richtung nach außen zu einer Vergrößerung der Schweißwulst und damit zu einer Erhöhung der Gesamtfestigkeit der Schweißverbindung zwischen der Laufradschale und der Nabe. Außerdem wird die Schweißnaht durch die radiale Verschiebung der Schweißstelle nach außen von der Stelle weg verlagert, an der die Nabe in Bezug auf die Laufradschale verbogen wird, wenn auf die Nabe Kräfte einwirken, zum Beispiel durch Schwingungen des Drehmomentwandlers unter Betriebsbedingungen. Das Biegemoment hingegen wirkt sich in der Nabe am stärksten an der Kante aus, wo der Kleinflansch auf den Rohrteil trifft.
Zu beachten ist, dass die Verwendung von Naben mit nahtlosem Rohr mit größerem Durchmesser auch zu einer Vergrößerung der Abmessungen und damit der Festigkeit der Schweißwulst in Systemen nach dem Stand der Technik führt. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung im Allgemeinen für die Anwendung in kleiner dimensionierten Drehmomentwandlern von größerer Bedeutung, deren Schweißwülste kleiner sind. Zum Beispiel hat es sich gezeigt, dass die Schweißnähte von Naben mit nahtlosem Rohr, deren Außendurchmesser größer als ungefähr 50 mm ist, für normale Betriebsbedingungen ausreichend stabil sind. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die Nabe gemäß der vorliegenden Erfindung den größten Nutzen bringt, wenn sie auf Laufradnaben mit einem Außendurchmesser von weniger als ungefähr 50 mm gebildet wird.
Im Folgenden wird ein Kaltumformverfahren zur Herstellung der Nabe 50 allgemein beschrieben. Das Verfahren beginnt mit einem zylindrischen Stab oder Draht, der auf die passende Länge zugeschnitten wird. In dem Stab wird eine Vertiefung derart gebildet, dass das Werkstück im Wesentlichen einer Schale ähnelt und im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Nahe dem Boden des schalenförmigen Teils kann überstehendes Material derart angebracht sein, dass im nächsten Schritt unter Verwendung des überstehenden Materials um den Boden des Teils herum ein Kragen gebildet wird. Somit ähnelt das Teil im Wesentlichen einer Schale mit einem scheibenförmigen Kragen oder einem von der Schale hervorstehenden Vorsprung. Im nächsten Schritt wird durch Erweitern der Vertiefung durch die ganze Nabe hindurch die in 3 gezeigte fertige Nabe 50 gebildet, um durch den Rohrteil 52 eine Längsbohrung 56 zu bilden. Der um den Boden des schalenförmigen Teils herum gebildete Kragen ist somit als Kleinflansch 54 auf der Nabe 50 angeordnet. Das Verfahren erfolgt als Kaltumformung zum Beispiel mit einer Presse und einem Gesenk, in welchem das Teil zwischen den Presswerkzeugen so umgeformt wird, dass ein zugeschnittener Stab oder Draht in die Presse eingelegt und die fertige Nabe entnommen wird.
Somit ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung erfolgreich gelöst werden, obwohl dem Fachmann Modifikationen und Änderungen an der Erfindung geläufig sind, die innerhalb von Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung liegen. Ferner ist klar, dass die obige Beschreibung nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dient und nicht als Einschränkung anzusehen ist. Daher sind andere Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung möglich, ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE 1035 [0004]
SAE 10B35 [0004]
SAE 1053 [0018]
SAE 10B35 [0018]

Claims

Laufradnabe, die Folgendes umfasst: einen entlang einer Achse verlaufenden Rohrteil, wobei der Rohrteil einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist und der Innendurchmesser durch eine Längsbohrung gebildet wird; einen Flansch, der sich vom Rohrteil aus in radialer Richtung erstreckt; wobei ein Flanschdurchmesser des Flansches um höchstens 30% größer als der Außendurchmesser ist.
Laufradnabe nach Anspruch 1, wobei die Längsbohrung durch den Rohrteil, der Flansch oder beide durch ein Kaltumformverfahren gebildet werden.
Laufradnabe nach Anspruch 2, wobei der Außendurchmesser des Rohrteils höchstens ungefähr 50 mm beträgt.
Laufradnabe nach Anspruch 3, wobei die Laufradnabe aus Stahl SAE 1035 oder SAE 10B35 hergestellt wird.
Drehmomentwandler, der eine Laufradnabe nach Anspruch 1 umfasst, welche an eine Laufradschale angeschweißt ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 5, wobei die Laufradnabe so an die Laufradschale angeschweißt ist, dass der Innendurchmesser des Rohrteils der Laufradnabe auf eine innere Umfangsfläche der Laufradschale ausgerichtet ist.
Drehmomentwandler nach Anspruch 5, wobei die Laufradnabe so an die Laufradschale angeschweißt ist, dass eine radiale Fläche des Flansches auf eine radiale Innenfläche der Laufradschale ausgerichtet ist.