DE102005008015A1

DE102005008015A1 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Getriebewelle sowie gebaute Getriebewelle, die im Schleudergussverfahren hergestellt ist

Info

Publication number: DE102005008015A1
Application number: DE200510008015
Authority: DE
Inventors: Ernst Biskup; Ewald Erbersdobler; Ulrich Ohnemus; Wolfgang Kornprobst
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-08-31

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Getriebewelle, die mindestens ein Funktionselement aufweist, insbesondere ein Zahnrad, eine Lagerlauffläche, einen Lagersitz oder ein Teil einer Welle-Nabe-Verbindung, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Schleudergusskokille, deren Innenkontur der Außenkontur der herzustellenden Getriebewelle entspricht,
- Einbringen des mindestens einen Funktionselementes in eine zugeordnete Ausnehmung der Schleudergusskokille,
- Einbringen von erhitztem Thermoplastmaterial in die Schleudergusskokille,
- Rotieren der Schleudergusskokille mitsamt des darin angeordneten mindestens einen Funktionselementes sowie des in die Schleudergusskokille eingebrachten Thermoplastmaterials um eine Rotationsachse der Schleudergusskokille,
- Verfestigenlassen des Thermoplastmaterials,
- Entnehmen der Getriebewelle aus der Schleudergusskokille.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Getriebewelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Getriebewelle gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 7.

Ein Verfahren zum Herstellen einer gebauten Welle ist aus der DE 196 25 554 C2 bekannt. Die Welle weist ein bzw. mehrere „Funktionselemente" auf. Bei den Funktionselementen kann es sich um Nocken, Zahnräder, Riemenscheiben, Kurbelarme o.ä. handeln. Die Funktionselemente weisen eine Ausnehmung auf. Zur Herstellung der gebauten Welle werden die Funktionselemente auf einen Rohrrohling aufgeschoben und an entsprechenden Positionen angeordnet. Anschließend wird das Rohr plastisch aufgeweitet, z. B. durch Innenhochdruckumformung. Durch das Aufweiten des Rohrs werden die Funktionselemente auf dem Rohr reibschlüssig und ggf. formschlüssig fixiert.

Verfahren zur Herstellung gebauter Wellen sind ferner aus der DE 199 32 810 C2 , DE 199 09 184 C2 und DE 299 18 298 U1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, insbesondere einer Getriebewelle, anzugeben, mit dem eine Welle mit besonders hoher Rundlaufgenauigkeit und geringem Gewicht hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht in der Verwendung vorgefertigter Funktionselemente und einer im Schleudergussverfahren hergestellten Welle. Bei den Funktionselementen kann es sich beispielsweise um Zahnräder, hülsenartige Lagerlaufflächen für ein Wälzlager, einen Lagersitz, ein Element einer Welle-Nabe-Verbindung o.ä. handeln. Wenngleich im folgenden oft von „den Funktionselementen" die Rede ist, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Getriebewelle nicht notwendigerweise mehrere Funktionselemente aufweisen muss; sie kann auch mit nur einem einzigen Funktionselement versehen sein.

Die Getriebewelle wird in mehreren Schritten hergestellt. Zunächst wird eine Schleudergusskokille bereitgestellt. Die Innenkontur der Kokille entspricht zumindest im Bereich zwischen einzelnen Funktionselemente im wesentlichen der Außenkontur der herzustellenden Getriebewelle. Die Schleudergusskokille weist an den Stellen, an denen die Funktionselemente anzuordnen sind, entsprechende Ausnehmungen auf. Die Schleudergusskokille weist mindestens eine derartige Ausnehmung auf, in die ein zugeordnetes Funktionselement eingebracht wird. Die Funktionselemente werden in den Ausnehmungen relativ zueinander positioniert. Nach dem Einbringen und Positionieren der Funktionselemente in der Schleudergusskokille wird erhitztes Thermoplastmaterial in die Schleudergusskokille eingebracht bzw. eingespritzt. Anschließend wird die Schleudergusskokille geschlossen und mitsamt der darin angeordneten Funktionselemente und dem Thermoplastmaterial um eine Längsachse der Schleudergusskokille rotiert. Die Längsachse der Schleudergusskokille entspricht der Längsachse der herzustellenden Getriebewelle.

Durch die dabei entstehenden Fliehkräfte wird das flüssige bzw. zähflüssige Thermoplastmaterial radial nach außen gedrückt. Durch die Fliehkräfte ist sichergestellt, dass sich das Thermoplastmaterial „gleichmäßig" verteilt. „Gleichmäßig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es zu keinen „unsymmetrischen" Materialanhäufungen kommt, d. h. dass eine Welle mit einer sehr hohen Rundlaufgenauigkeit erhalten wird. Die Rundlaufgenauigkeit ist tendenziell um so größer, je größer die Rotationsgeschwindigkeit der Schleudergusskokille ist. Beim Rotieren der Schleudergusskokille verfestigt sich das Thermoplastmaterial allmählich. Dadurch werden die Funktionselemente relativ zueinander fixiert. Nachdem die Getriebewelle hinreichend „ausgehärtet" ist, kann sie aus der Schleudergusskokille entnommen werden.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren können Getriebewellen hergestellt werden, die eine hohe Festigkeit eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit und gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweisen.

Vorzugsweise weisen die Funktionselemente jeweils eine durchgehende Ausnehmung auf. Beim Rotieren der Schleudergusskokille wird das Thermoplastmaterial aufgrund der Fliehkräfte von innen her radial nach außen gegen die Ausnehmungen der Funktionselemente gedrückt. Dadurch wird eine hochfeste Verbindung des Thermoplastmaterials mit den Funktionselementen, insbesondere mit den Innenseiten der Ausnehmungen der Funktionselemente erreicht.

Die Innenseiten der Ausnehmungen der Funktionselemente können Strukturierungen aufweisen, z. B. in der Form von Erhebungen, Vertiefungen, Rillen, Riffelungen, Rändelungen etc. Durch derartige Strukturierungen wird ein Formschluss erreicht und somit noch festere Verbindung der Funktionselemente mit dem Thermoplastmaterial der Getriebewelle.

Die Ausnehmungen der Schleudergusskokille, in welche die Funktionselemente eingebracht werden, können seitlich im Bereich der Innenseiten der Ausnehmungen der Funktionselemente etwas breiter sein als die zugeordneten Funktionselemente. Dadurch wird erreicht, dass sich an beiden Stirnseiten eines jeden Funktionselements jeweils ein umlaufender „Steg" bzw. „Wulst" aus Thermoplastmaterial ausbildet. Die beiden umlaufenden Stege bzw. Wülste fixieren die Funktionselemente zusätzlich in Axialrichtung der Getriebewelle.

Bei dem Thermoplastmaterial kann es sich um einen Kunststoff handeln, der durch Faserteilchen, z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Stahlfasern etc. verstärkt ist.

Die Getriebewelle kann als Vollwelle oder als Hohlwelle hergestellt werden. Im Falle einer Hohlwelle kann das Innere der Hohlwelle bei Bedarf zusätzlich versteift werden. Beispielsweise kann die Hohlwelle durch Einbringen einer wabenartigen Struktur in den Hohlraum der Welle oder durch Ausschäumen des Hohlraums mit einem Metallschaum oder durch Ausfüllen des Hohlraums mit einem eine Hohlkörperstruktur bildenden Material verstärkt werden. Dadurch erhöht sich sowohl die Biegesteifigkeit als auch die Torsionssteifigkeit der Getriebewelle.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer im Schleudergussverfahren hergestellten gebauten Getriebewelle, die innen hohl ist und
2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Hohlraum mit einem Schaummaterial ausgeschäumt ist.
1 zeigt eine gebaute Getriebewelle 1 mit mehreren „Funktionselementen" 2 – 9. Bei dem Funktionselement 2 handelt sich um ein hülsenartiges Bauteil, an dessen Ende eine Verzahnung 10 vorgesehen ist und dessen sich daran anschließender Abschnitt als Lagerhülse 11 fungiert. Bei den Funktionselementen 3, 4, 6, 8 handelt es sich um Verzahnungskörper bzw. Zahnräder. Das Funktionselement 5 ist eine weitere Lagerhülse. Bei dem Funktionselement 7 kann es sich ebenfalls um einen Lagerkörper handeln. Das Funktionselement 9 ist ein mit einer Außenverzahnung 12 versehenes Wellenende, das einen zapfenartigen Fortsatz 13 aufweist.
Zur Herstellung der Getriebewelle 1 werden zunächst die Funktionselemente 2 – 9 in eine Schleudergusskokille eingebracht. Die Schleudergusskokille weist Ausnehmungen auf, in die die Funktionselemente 2–9 im wesentlichen formschlüssig eingesetzt werden können. Die Ausnehmungen der Schleudergusskokille dienen zur Positionierung und Fixierung der Funktionselemente 2 – 9.
Anschließend wird in den „Hohlraum" der Schleudergusskokille Thermoplastmaterial eingebracht. Das Thermoplastmaterial kann faserverstärktes Thermoplastmaterial sein. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise um Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern o. ä. handeln. Anschließend wird die Schleudergusskokille verschlossen und mit hoher Drehzahl rotiert. Bei der Rotation entstehen Fliehkräfte, welche das Thermoplastmaterial radial nach außen drücken und gleichmäßig in der Schleudergusskokille verteilen. Das Thermoplastmaterial wird dabei von innen her radial außen gegen Innenseiten 14 der Funktionselemente gepresst. Das Thermoplastmaterial dringt dabei auch in Strukturierungen 15 ein, die an der Innenseite der Funktionselemente 2 – 9 vorgesehen sein können. Bei den Strukturierungen handelt es sich beispielsweise um Vertiefungen, Erhebungen, Rillen, Riffelungen, Rändelungen etc. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Zahnräder 3, 4 Vertiefungen 15 auf. Bei der Vertiefung 15 kann es sich um eine umlaufende Rille bzw. um mehrere Rillen handeln, die sich in Umfangsrichtung gesehen jeweils über einen Teilabschnitt des Umfangs erstrecken. Die Strukturierungen sind „gleichmäßig verteilt" angeordnet, so dass sichergestellt ist, dass die Getriebewelle auch im Bereich der Funktionselemente 2 – 9 rund läuft.
Wie bereits erwähnt wird das Thermoplastmaterial durch die Fliehkräfte radial nach außen gedrückt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nur so viel Thermoplastmaterial verwendet, dass sich eine Hohlwelle ergibt. Alternativ dazu kann die Getriebewelle auch in Form einer Vollwelle hergestellt werden.
2 zeigt eine Variante der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum 16 der Getriebewelle 1 mit einem Versteifungsmaterial aufgefüllt. Bei dem Versteifungsmaterial kann es sich um ein Material handeln, das eine Hohlkörperstruktur bildet, z. B. eine wabenartige Struktur. Denkbar ist auch, dass der Hohlraum 16 der Getriebewelle 1 mit einem Metallschaum ausgeschäumt wird, wodurch sich sowohl die Biegesteifigkeit als auch die Torsionssteifigkeit der Getriebewelle 1 erhöht.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Getriebewelle (1), die mindestens ein Funktionselement (2 – 9), insbesondere in der Form eines Zahnrads, einer Lagerlauffläche, eines Lagersitzes oder eines Teils einer Welle-Nabe-Verbindung, aufweist, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Schleudergusskokille, deren Innenkontur der Außenkontur der herzustellenden Getriebewelle entspricht, – Einbringen des mindestens einen Funktionselementes (2 – 9) in eine zugeordnete Ausnehmung der Schleudergusskokille, – Einbringen erhitzten Thermoplastmaterials in die Schleudergusskokille, – Rotieren der Schleudergusskokille mitsamt des darin angeordneten mindestens einen Funktionselements (2 – 9) sowie des in die Schleudergusskokille eingebrachten Thermoplastmaterials um eine Rotationsachse der Schleudergusskokille, – Verfestigenlassen des Thermoplastmaterials, – Entnehmen der Getriebewelle aus der Schleudergusskokille.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Funktionselement (2 – 9) eine Ausnehmung aufweist, die das Funktionselement mittig durchsetzt, wobei beim Rotieren der Schleudergusskokille Thermoplastmaterial durch Fliehkräfte von innen her radial nach außen gegen eine Innenseite (14) der Ausnehmung des Funktionselements (2 – 9) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite (14) der Ausnehmung des mindestens einen Funktionselements (2 – 9) eine Strukturierung (15) in der Form mindestens einer Erhebung bzw. mindestens einer Vertiefung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoplastmaterial durch Fasern verstärkt ist, insbesondere durch Glasfasern, Kohlefasern oder Metallfasern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (1) innen hohl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Getriebewelle mit einem Versteifungsmaterial ausgefüllt und dadurch versteift ist.
Getriebewelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (1) nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.