DE10155491B4

DE10155491B4 - Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Welle und dem Ende eines Rohres als Teil einer Antriebswelle

Info

Publication number: DE10155491B4
Application number: DE2001155491
Authority: DE
Inventors: Günter HERRMANN
Original assignee: Claas Fertigungstechnik GmbH
Current assignee: MBB Fertigungstechnik GmbH
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: DE10155491A1

Abstract

Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Welle und dem Ende eines Rohres, beispielsweise als Teil einer Antriebswelle, wobei das Rohr ein Ende der Welle um ein bestimmtes Maß übergreift, die Welle in der Übergreifzone eine Profilierung aufweist und Welle und Rohr in diesem Bereich durch Verformung miteinander verpresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung aus einer Vielzahl von gleichmäßig am Umfang verteilten in mindestens zwei nebeneinander angeordneten und zueinander versetzten Reihen von Erhebungen (16) besteht, wobei die Erhebungen (16) im Querschnitt ausschließlich abgerundete Konturen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Welle und dem Ende eines Rohres, beispielsweise als Teil einer Antriebswelle, wobei das Rohr ein Ende der Welle um ein bestimmtes Maß übergreift, die Welle in der Übergreifzone eine Profilierung aufweist und Welle und Rohr in diesem Bereich durch Kaltverformung miteinander verpresst sind.
In der Umformtechnik ist es bekannt, Metallteile miteinander u. a. durch Kaltverformung zu verpressen, um eine dauerhafte Verbindung von zwei Teilen zu erreichen. So werden zum Beispiel zur Herstellung einer Antriebswelle eine Welle und ein Rohr aus kaltverformbarem Material dadurch miteinander verbunden, dass im Bereich eines Wellenendes am äußeren Umfang in Achsrichtung der Welle verlaufenden Nuten eingefräst werden. Danach wird das Rohr über das Wellenende soweit aufgeschoben, bis die Nuten vollständig vom Rohr abgedeckt sind. Durch radial in Bezug auf die Welle bewegbare Stempel wird sodann Rohrmaterial in die Nuten eingepresst und somit eine formschlüssige Verbindung geschaffen. Aus der Tatsache, dass Rohrmaterial im Bereich der längsverlaufenden äußeren Nutenkanten scharfkantig um diese in Richtung Nutgrund umgebogen wird, kann die Gefahr einer zunächst nur schwer erkennbaren Rissbildung nicht ausgeschlossen werden. Bei ständiger höherer Torsionsbelastung vergrößern sich diese Risse, Spielfreiheit ist nicht mehr gewährleistet und endgültige Zerstörung ist letztendlich die Folge.
In der DE 31 49 596 A1 wird eine Welle-Nabe-Verbindung offenbart, bei der zwischen den zu verbindenden Wellenenden Hartstoffkörper radial am Umfang der Nabe aufgebracht werden. Im Verformungsarbeitsgang wird dann die Welle auf die Nabe gepresst, wobei die verformten Bereiche der Welle dann die Hartstoffkörper umschließen. Die wesentlichen Nachteile derartiger Verbindungen sind im wesentlich die, dass derartige Verbindung nur geringe Belastungen übertragen können und im Bereich der Hartstoffkörper wegen der intensiven Verformung zur Rissbildung neigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, die die an sie zu stellenden Anforderungen insbesondere mit Hinblick auf eine materialschonende Verformung und eine dauerhafte hochbelastbare und spielfreie Verbindung erfüllt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Profilierung aus einer Viel zahl von gleichmäßig am Umfang verteilten in mindestens zwei nebeneinander angeordneten und zueinander versetzten Reihen von Erhebungen besteht, wobei die Erhebungen im Querschnitt ausschließlich abgerundete Konturen aufweisen. Durch eine derartige Ausbildung wird das Material während des Verpressens gleichmäßig gestreckt und ohne Bildung von Spannungsspitzen beansprucht, sodass die Gefahr einer Rissbildung nicht mehr vorhanden ist. Neben der Ausbildung von im Querschnitt runden Erhebungen können diese eine Querschnittsform aufweisen, die entweder ein Oval bildet, oder Nierenform aufweist. Sowohl hinsichtlich ihrer Herstellung als auch hinsichtlich der Materialverteilung während des Pressvorganges hat sich die Karlottenform für die Erhebungen als optimal in Versuchen herausgestellt.
Um Torsionskräfte während des Einsatzes der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung gleichmäßig übertragen zu können, hat es sich als wesentlich erwiesen, dass der Abstand der beiden Reihen von Erhebungen in Achsrichtung der Welle betrachtet geringer ist als der größte Durchmesser einer Erhebung, wobei der Versatz der beiden Reihen von Erhebungen in Umfangsrichtung betrachtet geringer ist als der größte Durchmesser einer Erhebung.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und mehrerer schematischer Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt
1 ein Konstruktionsbeispiel für eine Vorrichtung zum Herstellen einer Verbindung in einer schematischen Seitenansicht,
2 das Presswerkzeug der Vorrichtung nach 1,
3 eine Abwicklung des mit Erhebungen versehenen Wellenendes und
4 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1, allerdings ohne Verpressung.
Mit 1 ist ein Montagebock bezeichnet, der zwei nach oben zeigende Rahmenteile 2 und 3 aufweist. Diese Rahmenteile sind an ihren einander gegenüberliegenden Seiten mit je einem ein- und ausfahrbaren Konus 4 und 5 versehen, durch die das Rohrstück 6 und das Wellenteil 7 ineinander geschoben und gehalten sind. Diese, den Verbindungsprozess vorbereitende Maßnahme geschieht in an sich bekannter Weise mechanisch oder hydraulisch mittels nicht dargestellter Verstellmittel.
Auf dem Sockel 8 des Montagebocks 1 ruht ein als Ganzes mit 9 bezeichnetes Presswerkzeug auf. Es besteht aus einer festen mit dem Sockel 8 verschraubten Grundplatte 10, die in ihrem Zentrum eine Durchtrittsöffnung 11 für die zu verbindenden Werkstücke 6 und 7 aufweist. Die lichte Weite der Durchtrittsöffnung 11 ist so großzügig gewählt, dass zum Beispiel das Wellenteil 7 trotz seines angeformten Flansches 12 hindurchgeführt werden kann. Alternativ kann ein dem Außendurchmesser des außenliegenden zu verbindenden Teiles angepasster Haltekörper – beispielsweise in Form eines Ringes – vorgesehen sein, durch den die Presswerkzeuge hindurchführbar sind. Ein solcher Ring kann die Presskräfte auffangen und gleichmäßig verteilen helfen. Auf dem Umfang der Durchtrittsöffnung 11 gleichmäßig verteilt sind in oder an der Grundplatte 10 mit ihren Längsmittelachsen radial auf das Zentrum der Durchtrittsöffnung 11 ausgerichtete, hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Einheiten 13 angebracht, deren Kolbenstangenenden einer Pressform entsprechend ausgebildet sind und so die Pressstempel 14 des Presswerkes 9 bildet. In 2 sind insgesamt acht Kolben-Zylinder-Einheiten 13 dargestellt, die Erfindung ist jedoch auch mit mehr oder weniger als acht Kolben-Zylinder-Einheiten realisierbar.
Aus der 1 ist zu erkennen, dass das Presswerkzeug 9 das Rohrstück 6 in dem Bereich mit Abstand umgreift, in welchem das Wellenteil 7 mit seinem zylindrischen Bereich 15 in das Rohrstück 6 hineingeschoben und durch die Konen 4 und 5 gehalten ist. Der Bereich 15 ist an seinem Umfang entsprechend der Anzahl der im Presswerkzeug vorhandenen Pressstempel 14 mit Erhebungen 16 ausgestattet, die die Pressform 17 bilden und den jeweiligen Pressstempeln 14 gegenüber stehen. Die Lage des Wellenteiles 7 ist so gewählt, dass die Stempel 14 während ihrer Ausfahrbewegung die mit den Pressformen 17 korrespondierenden Wandungsteile des Rohrstückes 6 bleibend verformen und um die Erhebungen 16 der Pressformen 17 herumpressen, wobei sowohl eine axiale wie auch eine radiale Bewegung zwischen dem Rohrstück 6 und dem Wellenteil 7 sicher unterbunden ist.
Aus der 3, die die mit Erhebungen 16 versehene Oberfläche am Ende des Wellenteiles 7 in der Abwicklung darstellt, ist zuerkennen, dass die Erhebungen 16 gleichmäßig am Umfang des Wellenteilendes verteilt in insgesamt drei ganzen Reihen verlaufen, wobei die Reihen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen 16 kalottenförmig ausgebildet und im Querschnitt im wesentlichen kreisrund. Der Seitenabstand der Reihen zueinander ist kleiner als der maximale in 3 dargestellte Durchmesser einer Erhebung. Aufgrund der Ausbildung der Erhebungen 16 als Kalotten wird das Material des Rohrstückes 6 gleichmäßig durch die Pressstempel 14, die selbstverständlich der Form der Kalotten und ihrer Anordnung auf dem Wellenteil 7 angepasst sind, ohne Spannungsspitzen und daher ohne die Gefahr einer Rissbildung um die Kalotten herumgelegt und dabei auf kaltem Weg bleibend verformt. Eine derart hergestellte Verbindung ist sowohl in axialer Richtung als auch in Verdrehrichtung absolut spielfrei und hochbelastbar.
In der 4 ist ein Bereich des in 1 dargestellten Wellenteiles 7 vergrößert gezeichnet, welches an seinem Ende ursprünglich den Außenradius „X” aufwies. Durch Materialabtragung entstanden dann am Umfang gleichmäßig in parallelen Reihen zueinander angeordnete kalottenförmige Erhebungen 16. Das Wellenstück 6 ist über die Erhebungen 16 aufgeschoben gezeichnet. Durch Ausfahren der Pressstempel wird eine ähnlich in 1 dargestellte Verbindung zwischen Rohrstück 6 und Wellenteil 7 geschaffen.
Auch wenn in den Figuren die Erhebungen 16 kalottenförmig ausgebildet sind, was sich in Versuchen als die optimale Lösung herausstellte, können sie auch im Querschnitt nierenförmig, oval oder an diese Formen angenähert ausgebildet sein. Es muss aber ausgeschlossen sein, dass sich an irgendeiner Stelle scharfkantige Übergänge bilden.
Da fließende Formen wesentlich für die Erfindung sind, ist es, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, auch möglich, die Pressstempel 14 mit kalottenförmigen Erhebungen vorzusehen und die Pressform 17 daran anzupassen. Ebenfalls sind Mischformen also sowohl Erhebungen und Ausnehmungen als Pressform 17 bzw. als Pressstempel denkbar.

1: Montagebock
2: Rahmenteil
3: Rahmenteil
4: Konus
5: Konus
6: Rohrstück
7: Wellenteil
8: Sockel
9: Presswerkzeug
10: Grundplatte
11: Durchtrittsöffnung
12: Flansch
13: Kolben-Zylinder-Einheit
14: Pressstempel
15: Bereich
16: Erhebungen
17: Pressform

Claims

Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Welle und dem Ende eines Rohres, beispielsweise als Teil einer Antriebswelle, wobei das Rohr ein Ende der Welle um ein bestimmtes Maß übergreift, die Welle in der Übergreifzone eine Profilierung aufweist und Welle und Rohr in diesem Bereich durch Verformung miteinander verpresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung aus einer Vielzahl von gleichmäßig am Umfang verteilten in mindestens zwei nebeneinander angeordneten und zueinander versetzten Reihen von Erhebungen (16) besteht, wobei die Erhebungen (16) im Querschnitt ausschließlich abgerundete Konturen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche einer Erhebung 16 kreisrund ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche einer Erhebung 16 ein Oval bildet.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche einer Erhebung 16 Nierenform aufweist.
Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen 16 Kalottenform aufweisen.
Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Reihen von Erhebungen 16 in Achsrichtung der Welle 7 betrachtet geringer ist als der größte Durchmesser einer Erhebung 16.
Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der beiden Reihen von Erhebungen 16 in Umfangsrichtung betrachtet geringer ist als der größte Durchmesser einer Erhebung 16.