DE10347101B4

DE10347101B4 - Drehfeste Verbindung

Info

Publication number: DE10347101B4
Application number: DE2003147101
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Dr. Garzke
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: DE10347101A1

Abstract

Drehfeste Verbindung aus zwei Bauteilen, wobei ein Außenteil (1) als ein länglicher Hohlkörper ausgebildet ist und ein Innenteil (2) in diesem in einem Fügebereich (3) aufgenommen ist, wobei in dem Fügebereich (3) das Außenteil (1) plastisch verformbar und das Innenteil (2) zumindest elastisch verformbar ist und so beide Bauteile miteinander drehfest verbindbar sind, indem das Außenteil (1) mit einem Fluid unter Außenhochdruck beaufschlagt wird, und wobei das Innenteil (2) auf seiner Oberfläche in dem Fügebereich (3) zumindest eine Vertiefung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Innenteil (2) als Schaft (5) eines an einem Ende des Außenteils (1) anzubringenden Anschlussteils (6) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Allgemein betrifft die Erfindung die Ausbildung einer drehfesten Verbindung mittels Außenhochdruckumformens.
Es ist allgemein das Verfahren des Innenhochdruckumformens bekannt. Ein bekanntes Beispiel hierfür bietet das lagegenaue Befestigen von Nocken auf einer Hohlwelle. Hierbei wird über einen in die Hohlwelle eingebrachten Innendruck diese zumindest in der Nähe eines Fügebereichs zwischen dem an der Hohlwelle außen anliegenden Nocken und der Hohlwelle radial aufgeweitet. Durch die Umfangsvergrößerung der Hohlwelle bilden die Nocken auf der Oberfläche der Hohlwelle einen Presssitz aus.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 19802484 C2 bekannt, wobei der Innenhochdruck in die Hohlwelle nur in dem Bereich des Fügens mit einem Außenteil bzw. Nocken gezielt aufgebracht wird, indem eine Sonde mit entsprechend angeordneten Druckkanälen in entsprechender Lage in der Hohlwelle positioniert wird.
Der Einsatz einer Sonde ist jedoch auf innere Bauteile mit einem sehr kleinen Innendurchmesser nicht anwendbar. Außerdem ist durch die Notwendigkeit des Einführens der Sonde zwingend erforderlich, dass das innere Bauteil hohl sein muss.
Aus der DE 10134086 C2 ist es bekannt, ebenfalls einen Hochdruck zum Umformen von Bauteilen und zur Ausbildung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Bauteilen heranzuziehen, wobei jedoch der Hochdruck mittels eines Fluids auf das Äußere der zwei Bauteile von außen aufgebracht wird. Hiermit entfällt das Erfordernis, eine Sonde in das innere Bauteil einzuführen. Darüber hinaus können die inneren Bauteile unabhängig vom Mindestquerschnitt der Sonde ausgebildet werden, beispielsweise rohrförmig, mehrfach gebogen, polygonal oder gar aus Vollmaterial sein. Durch die Höhe des Außendrucks lässt sich auch die Verformbarkeit der Bauteile und damit die Stärke des zwischen diesen auszubildenden Presssitzes einstellen.
Zwar bildet sich bei dem aus diesem Stand der Technik bekannten Verfahren zwischen einem Außenteil und einem Innenteil eine kraftschlüssige Verbindung im Bereich ihres Kontaktes bzw. Fügebereichs durch eine entsprechende plastische Verformung des äußeren Bauteils aus, die eine Drehmoment- oder Kraftübertragung ermöglicht. Jedoch handelt es sich hierbei in der Regel um Verbindungen, welche auch in ihrer Axialrichtung einer erhöhten Belastung ausgesetzt sind. Bei einer entsprechenden Axialkraftbelastung kann daher das Innenteil unter Umständen axial auswandern.
Aus der GB-21 74 744 A ist eine drehfeste Verbindung aus zwei Bauteilen bekannt, bei der ein Fundamentpfeiler mit einem Verankerungszylinder eines Plattformbeines fest verbunden ist. Der den hohen Pfeiler umgebende Zylinder wird mittels fluidischen Außenhochdruckes hierbei in Ausnehmungen gepresst, die an der Außenseite des Pfeilers ausgebildet sind. Hierdurch wird eine reib- und formschlüssige Befestigung erzielt.
Des Weiteren ist aus der DE 101 18 912 C2 eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Bauteilen gezeigt, bei welcher eine Ankerwelle von einem Bauteil umgriffen wird. Die Verbindung wird dadurch erzeugt, dass ein axialer Fortsatz des Bauteils und die Ankerwelle mittels Rollieren einer ringförmigen Nut miteinander formschlüssig verbunden werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße drehfeste Verbindung dahingehend weiterzubilden, dass eine verbesserte Verbindung zwischen den Bauteilen ausgebildet wird, die in relativ einfacher Weise ein axiales Auswandern des Innenteils bei einer Axialkraftbelastung verhindert.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Demzufolge beruht die Erfindung auf einer drehfesten Verbindung aus einem hohlen Außenteil und einem darin aufgenommenen Innenteil, wobei das Innenteil auf seiner Oberfläche zumindest in dem Fügebereich zwischen diesen beiden Bauteilen zumindest eine Vertiefung aufweist.
Da das Außenteil sich beim Außenhochdruckumformen im Fügebereich an die Oberflächenkontur bzw. den Oberflächenverlauf des Innenteils anschmiegt, gelangt die Innenoberfläche des Außenteils in dem Fügebereich auch in Eingriff mit der auf der Oberfläche des Innenteils vorgesehenen Vertiefung.
Hierbei wird zusätzlich zu den durch das Außenhochdruckumformen vorgesehenen Kraftschluss im zusammengefügten Zustand ein Formschluss ausgebildet, der einem axialen Auswandern entgegenwirkt.
Während das Außenteil zwangsläufig als Hohlkörper ausgebildet sein muss, kann das Innenteil aus einem Vollmaterial bestehen. Hierbei bildet das Innenteil erfindungsgemäß einen Anschlussschaft, der mit einem an dem Ende des hohlen Außenteils anliegenden Flansch oder dergleichen einstückig verbunden ist.
Prinzipiell sind für das außenliegende Anschlussteil sämtliche Maschinenelemente denkbar, die in den Bereich einer drehfesten Verbindung, insbesondere einer Welle-Nabe-Verbindung, fallen, vorstellbar, wie beispielsweise Zahnräder, Ritzel, Reibräder, Stirnräder, Kegelräder, Riemenräder usw.
In einer weiteren Ausgestaltung der drehfesten Verbindung gemäß der Erfindung ist das Innenteil als separater Schaft ausgebildet, an dem dann ein derartiges Anschlussteil, beispielsweise über eine Schraubverbindung, befestigbar ist.
Die drehfeste Verbindung gemäß der Erfindung zeichnet sich neben der Verhinderung eines axialen Auswanderns durch ein Fügen aus, welches im Gegensatz zu konventionellen zylindrischen Pressverbindungen toleranzrobuster ist. Darüber hinaus lässt sich eine Gewichtsersparnis erzielen, indem ein Leichtbau durch die Verwendung von rohrförmigen Geometrien erzielt wird, wobei sich weitere Kosten dadurch einsparen lassen, dass handelsübliche Präzisionsstahlrohre zum Einsatz kommen. In der Ausgestaltung der drehfesten Verbindung mit einem getrennt an dem Schaft des Innenteils anzubringenden Anschlussteil bietet sich die Möglichkeit, für unterschiedliche anzuschraubende Elemente, wie zum Beispiel Zahnräder und Kettenräder, eine universelle Verbindung bereitzustellen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der drehfesten Verbindung ist die zumindest eine Vertiefung als eine auf der Oberfläche des Innenteils umlaufende Nut ausgebildet, welche insbesondere bei rotationssymmetrischen Innenteilen auf einfache Weise zu realisieren ist.
Es ist jedoch auch denkbar, die Vertiefungen als konkave Ausnehmungen, quasi Eindellungen, auf der Oberfläche des Innenteils in beliebiger Verteilung vorzusehen.
Der gemäß der Erfindung ausgebildete Kraftschluss und Formschluss der drehfesten Verbindung kann zusätzlich noch durch einen Stoffschluss unterstützt werden, indem ein Klebstoff auf die jeweiligen Verbindungsflächen, insbesondere die Vertiefungen, vor dem Außenhochdruckumformen aufgebracht wird. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, die Leistungsübertragung zwischen diesen beiden Bauteilen durch geeignete Beschichtungen und Bearbeitungen der entsprechenden Innenoberfläche des Außenteils und Außenoberfläche des Innenteils, wie beispielsweise durch Phosphatieren, Kugelstrahlen usw., zu erhöhen.
Das Verfahren des Außenhochdruckumformens bringt es mit sich, dass der Formgestaltung jeweils des Innenteils und des Außenteils keine Grenzen gesetzt sind. Im Querschnitt können diese zylindrisch, kegelförmig oder prismatisch (vier- oder sechskantförmig) ausgebildet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1a eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung vor dem Zusammenfügen in Schnittdarstellung;
1b die Ausführungsform aus 1a nach dem Zusammenfügen; und
2 eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einem separat anzubringenden Anschlussteil.
1a zeigt in Schnittdarstellung ein Außenteil 1, welches als Hohlwelle ausgebildet ist. An einem Ende der Hohlwelle wird ein Innenteil 2, welches hier ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet ist, eingefügt.
Hierbei bildet sich zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 ein entsprechender Fügebereich 3 aus, der vorab festgelegt wird. Zwischen dem Außenteil 1 und dem Innenteil 2 besteht ein gewisser Spalt bzw. ein Spiel, sodass ein kraftarmes Ineinanderfügen bzw. Positionieren des Innenteils 2 gegenüber dem Außenteil 1 erfolgen kann.
Wie in der 1a zu erkennen ist, weist das Innenteil 1 auf seiner Außenoberfläche im Bereich des Fügebereichs 3 eine Ausnehmung bzw. Vertiefung 4 auf, welche im vorliegenden Fall als eine umlaufende Nut hergestellt ist.
Sind beide Teile zueinander positioniert, wird von außen ein Außenhochdruck p auf das Außenteil 1 aufgebracht. Das Außen teil 1 verformt sich dadurch plastisch, während sich das Innenteil 2 zumindest elastisch verformt, das heißt, beide Teile werden radial nach innen gedrückt. Wird der Außenhochdruck abgebaut, federt das Innenteil 2 bis zu einem gewissen Grad zurück und bildet dann mit dem Außenteil 1 einen drehfesten Presssitz aus.
Beim plastischen Verformen des Außenteils 1 schmiegt sich die Oberfläche des Außenteils 1 in dem Fügebereich an die Oberfläche des Innenteils 2 an, sodass auch das Außenteil 1 in die Nut 4 gedrückt wird.
Auf diese Art und Weise ist eine drehfeste Verbindung herstellbar, welche über die Nut 4 einen Widerstand gegenüber einem axialen Auswandern des Innenteils 2 aus dem Außenteil 1 bietet.
2 zeigt schematisch in Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform der drehfesten Verbindung gemäß der Erfindung, bei welcher das Innenteil 2 als ein Anschlussschaft ausgebildet ist. Der Schaft 2 ist dabei kegelförmig und weist auf seiner Außenfläche ebenfalls eine umlaufende Nut 4 auf.
Der Schaft 2, der mit dem Außenteil 1 eine drehfeste, axial sichere Verbindung eingeht, ragt über das Ende des Außenteils 1 um einen gewissen Abstand vor. Auf diesen wird ein Anschlussteil in der Form eines Zahnrads 6 aufgesetzt und mittels einer Schraube 8 unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe 7 mit dem Schaft 2 verschraubt. In entsprechender Weise weist der Schaft 2 ein zur Aufnahme der Schraube 8 vorgesehenes Gewindeloch 9 auf.
Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil aus, dass eine Welle-Nabe-Verbindung geschaffen wer den kann, welche universell mehrere Anschlussteile an den Wellenkörper gestattet.

Claims

Drehfeste Verbindung aus zwei Bauteilen, wobei ein Außenteil (1) als ein länglicher Hohlkörper ausgebildet ist und ein Innenteil (2) in diesem in einem Fügebereich (3) aufgenommen ist, wobei in dem Fügebereich (3) das Außenteil (1) plastisch verformbar und das Innenteil (2) zumindest elastisch verformbar ist und so beide Bauteile miteinander drehfest verbindbar sind, indem das Außenteil (1) mit einem Fluid unter Außenhochdruck beaufschlagt wird, und wobei das Innenteil (2) auf seiner Oberfläche in dem Fügebereich (3) zumindest eine Vertiefung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Innenteil (2) als Schaft (5) eines an einem Ende des Außenteils (1) anzubringenden Anschlussteils (6) ausgebildet ist.
Drehfeste Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (1) eine Welle und das Anschlussteil (5) eine Nabe ist.
Drehfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung eine umlaufende Nut (4) ist.
Drehfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung eine konkave Ausnehmung ist.
Drehfeste Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere konkave Ausnehmungen über die Oberfläche des Innenteils (2) beliebig verteilt sind.
Drehfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenteil (1) und dem Innenteil (2), insbesondere im Bereich der Vertiefung (4), zusätzlich ein Klebstoff vorgesehen ist.
Drehfeste Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Außenteils (1) und des Innenteils (2), insbesondere im Bereich der Vertiefung (4), mit hafterhöhenden Beschichtungen versehen sind.
Drehfeste Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) zylindrisch, kegelförmig oder prismatisch ausgebildet ist.