DE102004001142A1 - Corrugated tube shaping method for forming intermediate shaft for motor vehicle, involves applying magnet impulse shaping process to longitudinal section over mandrel for narrowing tube relative to tube outer diameter - Google Patents

Corrugated tube shaping method for forming intermediate shaft for motor vehicle, involves applying magnet impulse shaping process to longitudinal section over mandrel for narrowing tube relative to tube outer diameter Download PDF

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Abstract

The method involves introducing a mandrel (12) into a longitudinal section of a corrugated tubular shaft. The corrugated tube is then extended into a die. A magnet impulse shaping process is applied to the longitudinal section over the mandrel to narrow the tube with respect to outer diameter of the tube by the die. A welded joint is inserted between the tube ends and shaft point on which annular grooves are formed for connection of bellows.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für Gelenkwellen, und ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung.The Invention relates to a method for shaping a shaft tube, in particular for use as an intermediate shaft for propeller shafts, and a method for producing a built shaft consisting of a shaft tube and two associated shaft journals for torque introduction.

Aus der US 5,981,921 ist es bekannt, Gelenkzapfen von Kreuzgelenken in die Enden einer Rohrwelle einzustecken und die Enden der Rohrwelle mittels Magnetimpulsverfahren so radial zu reduzieren, daß eine Schweißverbindung zwischen Rohrende und Wellenzapfen entsteht. Die Gelenkgabeln werden anschließend zu Kreuzgelenken vervollständigt.From the US 5,981,921 It is known to insert hinge pins of universal joints in the ends of a tubular shaft and to reduce the ends of the tubular shaft by means of magnetic pulse method so radially that a welded joint between the pipe end and shaft journal is formed. The joint forks are then completed to cross joints.

Im Kraftfahrzeugbereich sind heute Gelenkwellen üblich, die eine Zwischenwelle mit Wellenverzahnungen an den Wellenenden umfassen, auf die Gelenkbauteile von Gleichlaufdrehgelenken mit formschlüssig eingreifenden Innenverzahnungen aufgeschoben werden. Anschließend werden die drehmomentfest verbundenen Komponenten axial formschlüssig gegeneinander gesichert, insbesondere mit Sicherungsringen, die in einander ergänzende Umfangsnuten eingreifen.in the Motor vehicle sector today drive shafts are common, which is an intermediate shaft with splines on the shaft ends, on the joint components pushed by constant velocity universal joints with positive interlocking internal teeth become. Subsequently are the torque-fixed connected components axially positive fit against each other secured, in particular with retaining rings, in complementary circumferential grooves intervention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wellenrohre und Wellen, insbesondere als Zwischenwellen für Gleichlaufgelenkwellen, bereitzustellen, die sich kostengünstig herstellen lassen und ein verbessertes NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) haben. Die erfindungsgemäße Lösung besteht in Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, nach denen zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird oder erweitert wird. Durch die Querschnittsveränderung können dem Wellenrohr besonders zugeschnittene Festigkeits- und Schwingungseigenschaften „maßgeschneidert" aufgeprägt werden. Sowohl das Reduzieren als auch das Aufweiten kann frei ohne Gegenhalten von innen bzw. von außen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, das Reduzieren über einem entfernbaren Dorn vorzunehmen, der in das Wellenrohr eingeschoben wird, und das Aufweiten in einem teilbaren Gesenk durchzuführen, in das das Wellenrohr eingeschoben wird.Of the present invention has for its object, wave pipes and Provide shafts, in particular as intermediate shafts for constant velocity universal joint shafts, which is inexpensive and improved NVH performance (noise, vibration, harshness) to have. The solution according to the invention exists in a method for shaping a shaft tube, according to which at least a longitudinal section of the shaft tube by magnetic deformation opposite its initial diameter is reduced or extended. By the cross-sectional change can the shaft tube specially tailored strength and vibration properties are "customized" impressed. Both the reduction and the expansion can be free without objection from the inside or from the outside respectively. However, it is also possible reducing over a removable mandrel to be inserted into the shaft tube is to perform and expansion in a divisible die in that the shaft tube is inserted.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht weiter in Verfahren zur Herstellung einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, bei dem das Wellenrohr zumindest in einem Längsabschnitt zwischen den Wellenzapfen durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird oder aufgeweitet wird und das Wellenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.The inventive solution exists in a method for producing a shaft consisting of a Shaft tube and two shaft journals for torque introduction, in particular as an intermediate wave for a propeller shaft, wherein the shaft tube at least in a longitudinal section between the shaft journals by magnetic pulse transformation over its Output diameter is reduced or widened and the Shaft tube is then connected to shaft journals.

Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Welle hat gegenüber den eingangs genannten Wellen nach dem Stand der Technik den Vorteil, daß sie aufgrund ihrer Querschnittsänderungen oder Querschnittssprünge über dem Längsverlauf mit besonders zugeschnittenen Festigkeits- und Schwingungseigenschaften hergestellt werden kann, die das NVH-Verhalten je nach Anwendungsfall gezielt verbessern können. Eine nach diesen Verfahren hergestellte Welle hat zum anderen den Vorteil eines verminderten Gewichts gegenüber Vollwellen, wobei die Verwendung von voll ausgebildeten Wellenzapfen vorteilhaft ist. An diesen Wellenzapfen können beispielsweise Wellenverzahnungen durch Ziehoperationen hergestellt werden, was bei durchgehenden Rohrwellen nur eingeschränkt möglich ist.The produced by the process according to the invention Wave has opposite The above-mentioned waves according to the prior art have the advantage that she due to their cross-sectional changes or cross-sectional jumps over the longitudinal with specially tailored strength and vibration properties can be produced that the NVH behavior depending on the application can specifically improve. On the other hand, a shaft produced by this method has the Advantage of a reduced weight compared to full waves, the use Of fully formed shaft journal is advantageous. At this shaft journal for example Splines are produced by pulling operations, what is only possible to a limited extent with continuous tube shafts.

Wie bereits erwähnt wird der zumindest eine Längsabschnitt über einem entfernbaren Dorn reduziert, der den endgültigen Innendurchmesser des Wellenrohres im reduzierten Bereich definiert. Alternativ können auch im Wellenrohr verbleibende Hülsen oder Zapfen in diesem positioniert werden, die das Maß der Reduzierung des Längsabschnitts begrenzen und durch ihre Querschnittsform bestimmen. Es ist je doch auch möglich, den Längsabschnitt frei zu verformen. Beim Aufweiten wird der entsprechende Längsabschnitt in ein Gesenk eingelegt, das den endgültigen Außendurchmesser des Wellenrohrs im aufgeweiteten Bereich definiert. Das Aufweiten kann auch durch aufgeschobene Hülsen limitiert werden, die auf dem aufgeweiteten Längsabschnitt verbleiben. Endlich ist auch hier das freie Aufweiten ohne Gegenhalten möglich.As already mentioned is the at least one longitudinal section over a Removable mandrel reduces the final inner diameter of the shaft tube defined in the reduced range. Alternatively, remaining in the shaft tube sleeves or cones are positioned in this, which is the measure of reduction of the longitudinal section limit and determine by their cross-sectional shape. However, it is also possible, free the longitudinal section to deform. When expanding, the corresponding longitudinal section inserted in a die, which is the final outside diameter of the shaft tube defined in the expanded area. The expansion can also be through deferred sleeves be limited, which remain on the widened longitudinal section. At last Here too, the free expansion without opposition is possible.

In besonderer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Wellenzapfen in die Rohrenden eingesteckt sind und die Rohrenden mittels Magnetimpulsumformung gegenüber dem Ausgangsdurchmesser des Wellenrohres reduziert werden, wobei zwischen den Rohrenden und den eingesteckten Wellenzapfen jeweils eine Schweißverbindung hergestellt wird. Hierbei ist es günstig, wenn an den eingesteckten Wellenzapfen Ringnuten vorgesehen sind und zwischen den Rohrenden und den Ringnuten ein formschlüssiger Eingriff entsteht. Hierbei bilden sich die Ringnuten an den Wellenzapfen außen an den Rohrenden ab und können derart zur formschlüssigen Festlegung von Faltenbälgen dienen, die mit einem Bund auf der Welle festzulegen sind.In special training is provided that the shaft journal in the pipe ends are plugged in and the pipe ends by means of magnetic pulse transformation across from be reduced to the output diameter of the shaft tube, wherein between the pipe ends and the inserted shaft journal respectively a welded joint will be produced. It is advantageous if the plugged Shaft pinion grooves are provided and between the pipe ends and the annular grooves a form-fitting Intervention arises. Here, the annular grooves are formed on the shaft journal Outside at the pipe ends and can such for positive locking Fixing bellows serve, which are to be determined with a covenant on the shaft.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren und vorteilhafte Verfahrenserzeugnisse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.preferred embodiments the inventive method and advantageous process products are shown in the drawings and are described below.

1 zeigt den Verfahrensschritt des radialen Umformens eines Längsabschnittes einer Rohrwelle über einem entfernbaren Dorn
a) vor dem Magnetimpulsumformen
b) beim Magnetimpulsumformen; 1 shows the process step of radially reshaping a longitudinal section of a tube shaft over a removable mandrel
a) before magnetic pulse forming
b) during magnetic pulse forming;

2 zeigt den Verfahrensschritt des radialen Umformens eines Längsabschnittes einer Rohrwelle über einem teilbaren Gesenk
c) vor dem Magnetimpulsumformen
d) beim Magnetimpulsumformen; 2 shows the process step of radially forming a longitudinal section of a tubular shaft over a divisible die
c) before magnetic pulse forming
d) during magnetic pulse forming;

3 zeigt Ausführungsbeispiele einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Welle
a) in einer ersten Ausführungsform
b) in einer zweiten Ausführungsform. 3 shows exemplary embodiments of a shaft produced by the method according to the invention
a) in a first embodiment
b) in a second embodiment.

In 1 ist ein Abschnitt einer Rohrwelle 11 gezeigt, in die ein Dorn 12 koaxial eingeschoben ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrwelle. In Darstellung a) ist die Rohrwelle 11 in ihrem unverformten Ausgangszustand gezeigt.In 1 is a section of a tube shaft 11 shown in a thorn 12 coaxially inserted, whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the tubular shaft. In illustration a) is the tube shaft 11 shown in their undeformed initial state.

In Darstellung b) ist eine Induktorspule 1 über die Rohrwelle 11 geschoben und die Rohrwelle in einem axial beschränkten Längsabschnitt 13 von der Länge L durch ein Magnetimpulsverfahren im Durchmesser so reduziert, daß sie mit ihrem Innendurchmesser auf dem Dorn 12 aufsitzt. Die Kraftlinien des Magnetimpulsverfahrens sind durch Pfeile F angedeutet. Außerhalb der Länge L hat die Rohrwelle 11 ihren Ausgangsdurchmesser beibehalten. Der Dorn ist anschließend unter axialer Belastung entfernbar.In illustration b) is an inductor coil 1 over the tube shaft 11 pushed and the tube shaft in an axially limited longitudinal section 13 of the length L by a magnetic pulse method in the diameter reduced so that it with its inner diameter on the mandrel 12 seated. The lines of force of the magnetic pulse method are indicated by arrows F. Outside the length L has the tube shaft 11 maintain their initial diameter. The mandrel is then removable under axial load.

Alternativ zu einem entfernbaren Dorn kann auch eine Hülse oder ein Zapfen von der Länge L im Bereich 13 eingesetzt werden, der nach dem Magnetimpulsumformen in der Rohrwelle 11 verbleibt.Alternatively to a removable mandrel may also be a sleeve or pin of length L in the area 13 used after the Magnetimpulsumformen in the tubular shaft 11 remains.

In 2 ist ein Abschnitt einer Rohrwelle 11 gezeigt, die in ein Gesenk G koaxial eingeschoben ist, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Rohrwelle. In Darstellung a) ist die Rohrwelle 11 in ihrem unverformten Ausgangszustand gezeigt. Eine Indukturspule I ist in die Rohrwelle eingeschoben.In 2 is a section of a tube shaft 11 shown coaxially inserted into a die G whose inner diameter is greater than the outer diameter of the tubular shaft. In illustration a) is the tube shaft 11 shown in their undeformed initial state. An induction coil I is inserted into the tube shaft.

In Darstellung b) ist die Rohrwelle in einem axial beschränkten Längsabschnitt 13' durch ein Magnetimpulsverfahren im Durchmesser so erweitert, daß sie mit ihrem Außendurchmesser im Gesenk G einsitzt. Die Kraftlinien des Magnetimpulsverfahrens sind durch Pfeile F angedeutet. Außerhalb des Längsabschnitts 13' von der Länge L hat die Rohrwelle 11 ihren Ausgangsdurchmesser beibehalten. Das Gesenk ist anschließend aufgrund seiner Teilbarkeit entfernbar.In illustration b) the tube shaft is in an axially limited longitudinal section 13 ' expanded by a magnetic pulse method in diameter so that it is seated with its outer diameter in the die G. The lines of force of the magnetic pulse method are indicated by arrows F. Outside the longitudinal section 13 ' of length L has the tube shaft 11 maintain their initial diameter. The die is then removable due to its divisibility.

Alternativ zu einem entfernbaren Gesenk kann auch eine Hülse von der Länge L im Bereich 13' aufgeschoben werden, der nach dem Magnetimpulsumformen außen auf der Rohrwelle 11 verbleibt.As an alternative to a removable die, a sleeve of length L may also be used 13 ' postponed, after the Magnetimpulsumformen outside on the tube shaft 11 remains.

In 3 sind jeweils eine Rohrwelle 11 und zwei Wellenzapfen 15, 16 in ineinandergeschobenem Zustand vor dem Magnetimpulsverfahren an der Rohrwelle (obere Bildhälfte) und nach dem Magnetimpulsverfahren (untere Bildhälfte) dargestellt. In Darstellung a) hat die Rohrwelle 11 zwei symmetrisch zu den Wellenzapfen 15, 16 liegende Verformungsabschnitte 13, 14 mit gegenüber dem Ausgangsdurchmesser reduziertem Durchmesser. Diese sind in Magnetimpulsumformschritten nach 1 hergestellt. Auf Befestigungsabschnitten 17, 18 der Wellenzapfen 15, 16 mit zylindrischer Außenform ist die Rohrwelle 11 ebenfalls durch Magnetimpulsverfahrensschritte in Endabschnitten 19, 20 reduziert, wobei zwischen der Innenseite der Endabschnitte 19, 20 und den Verbindungsbereichen 17, 18 Schweißverbindungen entstanden sind.In 3 are each a tube shaft 11 and two shaft journals 15 . 16 in the telescoped state before the magnetic pulse method on the tube shaft (upper half) and after the magnetic pulse method (lower half) shown. In illustration a) has the tube shaft 11 two symmetrical to the shaft journals 15 . 16 lying deformation sections 13 . 14 with reduced diameter compared to the starting diameter. These are in Magnetimpumpumformschritten after 1 produced. On mounting sections 17 . 18 the shaft journal 15 . 16 with cylindrical outer shape is the tube shaft 11 also by Magnetimpulsverfahrens steps in end sections 19 . 20 reduced, taking between the inside of the end sections 19 . 20 and the connection areas 17 . 18 Welded joints have arisen.

In der Darstellung b) sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern dargestellt. An den Endabschnitten 17, 18 der Wellenzapfen 15, 16 sind jedoch Ringnuten 21, 22 ausgebildet, in die sich die Endabschnitt 19, 20 der Rohrwelle 11 so formschlüssig einformen, daß sich auf der Oberfläche der Rohrwelle im Bereich der Endabschnitt äußere Ringnuten 23, 24 abbilden. Diese können zur Festlegung von Faltenbälgen auf der Welle dienen. Die Wellenzapfen 15, 16 können Wellenverzahnungen tragen, die hier nicht im einzelnen dargestellt sind und vor der Verbindung der Wellenzapfen mit der Rohrwelle 11 insbesondere durch ein Verzahnungsziehverfahren hergestellt worden sein können.In the representation b) the same details are shown with the same reference numerals. At the end sections 17 . 18 the shaft journal 15 . 16 are however ring grooves 21 . 22 formed, in which the end section 19 . 20 the tube shaft 11 molding so form-fitting that on the surface of the tube shaft in the region of the end portion outer annular grooves 23 . 24 depict. These can serve to fix bellows on the shaft. The shaft cones 15 . 16 can wear splines, which are not shown here in detail and before the connection of the shaft journal with the tube shaft 11 in particular may have been produced by a Verzahnungsziehverfahren.

1111
Rohrwelletubular shaft
1212
Dornmandrel
1313
Längsabschnittlongitudinal section
1414
Längsabschnittlongitudinal section
1515
Wellenzapfenshaft journal
1616
Wellenzapfenshaft journal
1717
Befestigungsabschnittattachment section
1818
Befestigungsabschnittattachment section
1919
Endabschnittend
2020
Endabschnittend
2121
Ringnutring groove
2222
Ringnutring groove
2323
Ringnutring groove
2424
Ringnutring groove

Claims (10)

Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird.A method for shaping a shaft tube, in particular for use as an intermediate shaft for a propeller shaft, characterized in that at least one longitudinal section of the shaft tube is reduced by magnetic pulse transformation with respect to its initial diameter. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt über einem entfernbaren Dorn reduziert wird.Method according to claim 1, characterized in that that the at least one longitudinal section over one Removable mandrel is reduced. Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser erweitert wird.Method for shaping a shaft tube, in particular for use as an intermediate shaft for a propeller shaft, characterized characterized in that at least a longitudinal section of the shaft tube by magnetic pulse transformation with respect to its initial diameter is extended. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt in einem teilbaren Gesenk erweitert wird.Method according to claim 3, characterized that the at least one longitudinal section is extended in a divisible die. Verfahren zum Herstellen einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird und das Wellenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.Method for producing a shaft consisting of a shaft tube and two shaft journals for torque introduction, in particular as an intermediate wave for a propeller shaft, characterized in that at least one longitudinal section of the shaft tube by magnetic pulse transformation over its Output diameter is reduced and the shaft tube then with shaft journal is connected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt des Wellenrohres über einem entfernbaren Dorn reduziert wird.Method according to claim 5, characterized in that that the at least one longitudinal section of the shaft tube over a removable mandrel is reduced. Verfahren zum Herstellen einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser erweitert wird und das Wel lenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.Method for producing a shaft consisting of a shaft tube and two shaft journals for torque introduction, in particular as an intermediate wave for a propeller shaft, characterized in that at least one longitudinal section of the shaft tube by magnetic pulse transformation over its The output diameter is widened and the shaft tube then with shaft journals is connected. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt des Wellenrohres in einem teilbaren Gesenk erweitert wird.Method according to claim 7, characterized in that that the at least one longitudinal section of the shaft tube is expanded in a divisible die. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Endabschnitt des Wellenrohres über einem eingesteckten Wellenzapfen durch Magnetimpulsumformung im Durchmesser reduziert wird, wobei zwischen Endabschnitt und eingestecktem Wellenzapfen eine Schweißverbindung hergestellt wird.Method according to one of claims 5 to 8, characterized that at least an end portion of the shaft tube over an inserted shaft journal is reduced by magnetic pulse transformation in the diameter, wherein between the end portion and plugged shaft journal a welded joint will be produced. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem eingesteckten Wellenzapfen eine Ringnut vorgesehen wird und zwischen dem Endabschnitt des Wellenrohres und der Ringnut ein formschlüssiger Eingriff hergestellt wird.Method according to claim 9, characterized in that that on the inserted shaft journal an annular groove is provided and between the end portion of the shaft tube and the annular groove a positive engagement will be produced.
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