DE102005056628A1

DE102005056628A1 - Hohlwelle aus einem metallischen Werkstoff und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hohlwelle

Info

Publication number: DE102005056628A1
Application number: DE200510056628
Authority: DE
Inventors: Rainer Hansmann; Adam Dr. Zaboklicki
Original assignee: ESKA FLOWFORM GmbH
Current assignee: ESKA FLOWFORM GmbH
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle aus einem metallischen Werkstoff mit wenigstens einem gegenüber dem allgemeinen Wellenbereich auf einen geringeren Durchmesser eingezogenen Bereich. Erfindungsgemäß ist das Material im allgemeinen Wellenbereich gegenüber der Ausgangsfestigkeit des Ausgangswerkstoffes um 25% bis 50% kaltverfestigt. Vorzugsweise ist am Innendurchmesser oder am Außendurchmesser des eingezogenen Bereiches spanlos ein Formschlusselement zum Übertragen von Drehmomenten angebracht. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle aus einem metallischen Werkstoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Hohlwellen werden bevorzugt für Motoren, Getriebe oder Kupplungen insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie besitzen den Vorteil bei geringerem Gewicht hohe Drehmomente übertragen zu können. Sofern dieser Vorteil noch erhöht werden soll, ist es nachteilig erforderlich höherfeste, teurere Werkstoffe einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Hohlwellen derartig auszubilden, dass bei gleichem Material höhere Drehmomente übertragen werden können. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüche 2–10 beschreiben. In den Ansprüchen 11 und 12 wird ein Verfahren zum Herstellen von erfindungsgemäßen Hohlwellen gezeigt.

Die erfindungsgemäßen Hohlwellen können vorteilhaft nicht nur bei Einsatz von gleichem Material ein höheres Drehmoment übertragen. Es bedarf auch keines höheren Fertigungsaufwandes sie herzustellen. Die Hohlwellen weisen auch ohne mechanische Nacharbeit eine hohe Maß- und Rundlaufgenauigkeit sowie eine hohe Oberflächengüte auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
3 zeigt eine Schnittdarstellung einer typischen Hohlwelle, wie sie bei Getrieben eingesetzt wird. Diese Hohlwelle weist einen allgemeinen Wellenbereich 1 auf, der mit einem überwiegend gleichen Durchmesser und einer überwiegend gleichen Wandstärke 2 sich über die größte Länge der Hohlwelle erstreckt. An einem Ende der Hohlwelle ist ein eingezogener Bereich 3 angeordnet, dessen Durchmesser geringer sind als die Durchmesser am allgemeinen Wellenbereich 1. Die Wandstärke des eingezogenen Bereichs 3 ist größer als die des allgemeinen Bereichs 1. Der Innenmantel des eingezogenen Bereichs 3 ist mit einer Längsverzahnung 4 ausgebildet. Hier kann eine antriebsseitige Welle mit einer Außenverzahnung eingreifen. Am anderen Ende der Hohlwelle wird durch eine geringe Durchmesservergrößerung ein Absatz 5 gebildet. Dieser Absatz 5 kann beispielsweise zum Aufnehmen eines Abtriebszahnrades dienen, welches auf den Absatz 5 aufgeschrumpft oder in anderer Weise kraft-, form- oder stoffschlüssig mit diesem verbunden ist.
Das Material im allgemeinen Wellenbereich 1 der Hohlwelle ist gegenüber dem Ausgangswerkstoff um 25% bis 50% kaltverfestigt. Das Material im eingezogenen Bereich 3 ist um etwa 5% bis 15% gegenüber dem Ausgangswerkstoff kaltverfestigt. Die Kaltverfestigung erfolgt bei der Hohlwelle nach der Erfindung durch Drücken, vorzugsweise durch Abstreckdrücken.
In den 1 und 2 sind die Fertigungsstufen der Drückarbeitsgänge näher dargestellt.
Ausgehend von einem Rohr 6 wird auf einem, die Innenform der Hohlwelle bildenden Dorn 7 in einem ersten Arbeitsschritt mittels einer nicht dargestellten, von außen auf das Rohr einwirkenden Drückrolle der eingezogene Bereich 3 hergestellt. Dabei wird das hier einen größeren Durchmesser aufweisende Material 8 im Durchmesser und in der Wandstärke reduziert, wodurch sich eine Längung ergibt. Dadurch, dass der Dorn 7 in diesem Bereich eine Außenverzahnung 9 aufweist, entsteht automatisch die Längsverzahnung 4 am Innenmantel des eingezogenen Bereichs 3. Der vorbeschriebene Drückarbeitsgang erzeugt die gewünschte Kaltverfestigung des Werkstoffes gegenüber dem Ausgangswerkstoff um 5% bis 15%.
Die Kaltverfestigung im allgemeinen Wellenbereich 1 der Hohlwelle um 25% bis 50% wird dadurch erreicht, dass in diesem Bereich im Ausführungsbeispiel ausgehend von einem Rohr 6 einer Wandstärke von 8 bis 10 mm mittels Abstreckdrücken eine Wandstärkenreduzierung auf 4 bis 6 mm und somit um das 2,5 bis 1,5-fache erfolgt. Am Ende des Abstreckarbeitsganges werden die Abstreckdrückrollen geringfügig zurückgefahren. Dadurch entsteht der in 3 dargestellte Absatz 5. Die Werkstückveränderung beim Abstreckdrücken ist aus dem Vergleich zwischen den Darstellungen in den 2 und 3 ersichtlich. Die vorbeschriebenen Arbeitsgänge Einziehen und Abstrecken können in einer Werkstückaufspannung durchgeführt werden.
Sollte es funktionell erforderlich sein weitere Aussendurchmessersprünge im allgemeinen Wellenbereich 1 vorzusehen, so ist es nur erforderlich die Abstreckdrückrollen wie vorbeschrieben zu verstellen. Sollte an einzelnen Bereichen eine noch höhere Oberflächenhärte erforderlich sein, so ist dieses durch eine Wärmebehandlung, beispielsweise durch Induktionshärten zu erzielen. Bei einer Hohlwelle nach dem Ausführungsbeispiel könnte dieses beispielsweise im Bereich der Längsverzahnung 4 sinnvoll sein. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlwellen weisen eine sehr hohe Rundheit, eine über die Länge sehr geringe Wandstärkentoleranz und eine hohe Oberflächengüte auf.

1: Allgemeiner Wellenbereich
2: Wandstärke
3: Eingezogener Bereich
4: Längsverzahnung
5: Absatz
6: Rohr
7: Dorn
8: Material
9: Außenverzahnung

Claims

Hohlwelle aus einem metallischen Werkstoff mit wenigstens einem gegenüber dem allgemeinen Wellenbereich (1) auf einen geringeren Durchmesser eingezogenen Bereich (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Material im allgemeinen Wellenbereich (1) gegenüber der Ausgangsfestigkeit des Ausgangswerkstoffes um 25% bis 50% kaltverfestigt ist.
Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im eingezogenen Bereich (3) gegenüber der Ausgangsfestigkeit des Ausgangswerkstoffes um 5% bis 15% kaltverfestigt ist.
Hohlwelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Innendurchmesser oder am Aussendurchmesser des eingezogenen Bereiches (3) spanlos ein Formschlusselement zum Übertragen von Drehmomenten angebracht ist.
Hohlwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement eine Längsverzahnung (4) ist.
Hohlwelle nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement durch Rollen oder Drücken hergestellt ist.
Hohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Abschnitte des allgemeinen Wellenbereiches (1) zum kraft-, form- oder stoffschlüssigen Anbinden von Wellenanbauteilen, wie Zahnräder oder Kupplungen vorbereitet ist.
Hohlwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Abschnitte einen gegenüber dem allgemeinen Wellenbereich (1) größeren Durchmesser aufweisen.
Hohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Bereiche, vorzugsweise die Längsverzahnung (4) im eingezogenen Bereich (3) wärmebehandelt, vorzugsweise induktiv gehärtet sind.
Hohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Rohr (6) der eingezogene Bereich (3) durch Drücken auf einen Dorn (7) im Durchmesser reduziert ist.
Hohlwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenformschlusselement, vorzugsweise die Längsverzahnung (4) im eingezogenen Bereich durch Drücken auf einem Dorn (7) mit einem entsprechend ausgebildeten Aussenformschlusselement hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der allgemeine Wellenbereich (1) mittels Drücken, vorzugsweise Abstreckdrücken hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwandstärke des allgemeinen Wellenbereiches (1) gegenüber der Wandstärke des Ausgangsrohres um das 1,25-fache bis 3-fache reduziert wird.