DE102007062595A1

DE102007062595A1 - Nabe-Welle-Verbindung

Info

Publication number: DE102007062595A1
Application number: DE102007062595A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Berkhout; Fred Dipl.-Ing. Eggers; Olaf Dipl.-Ing. Sättler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2007-12-22
Publication date: 2009-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine drehfeste Verbindung (5) zwischen einer Welle (1) und einer Nabe (3), wobei die Nabe (3) eine Öffnung (6) aufweist, in welche ein axialer Endabschnitt (2) der Welle (1) koaxial eingesteckt ist. Die Verbindung (5) lässt sich leicht realisieren, wenn die Nabenöffnung (6) bezüglich einer Längsmittelachse (7) nicht rotationssymmetrisch gestaltet ist, wobei der Wellenendabschnitt (2) zumindest innerhalb der Nabenöffnung (6) ein zur Nabenöffnung (6) komplementäres oder weitgehend komplementäres Querschnittsprofil aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehfeste Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Nabe-Welle-Kombination mit einer derartigen Verbindung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Verbindung.
Aus der DE 100 27 517 A1 ist eine drehfeste Verbindung zwischen einer Welle und einer Nabe bekannt, wobei die Nabe eine Öffnung aufweist, in welche ein axialer Endabschnitt der Welle koaxial eingesteckt ist. Bei der bekannten Verbindung besitzt das Außenprofil der Welle einen größeren Querschnitt als das Innenprofil der Nabenöffnung. Die Nabe wird auf die Welle axial aufgepresst, wodurch ein kraftschlüssiger Presssitz realisiert wird.
Insbesondere beim Fahrzeugbau wird eine Vielzahl von Welle-Nabe-Verbindungen verwendet, beispielsweise um Nocken, Zahnräder, Kurbelwangen, zylindrische Scheiben, Kreisexzenter, Gelenkgabeln oder dgl. an einer entsprechenden Welle, Stange, Rohr oder dgl. drehfest anzubringen. Bei bestimmten Nabe-Welle-Verbindungen müssen außerdem vorgegebene relative Drehlagen zwischen Nabe und Welle eingehalten werden, damit die anschließend vorliegende Welle-Nabe-Kombination die ihr zugedachte Funktion ordnungsgemäß erfüllen kann. Beispielsweise ist es innerhalb einer Fahrzeuglenkung wichtig, dass eine Gelenkgabel an einer Lenkspindel mit einer vorbestimmten relativen Drehlage drehfest verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Nabe-Welle-Verbindung bzw. für eine Welle-Nabe-Kombination bzw. für ein zugehöriges Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch charakterisiert, dass sie vergleichsweise preiswert realisierbar ist und/oder dass sie einen Drehlagenausgleich ermöglicht.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Nabenöffnung bezüglich der Einsteckrichtung nicht-rotationssymmetrisch bzw. rotationsasymmetrisch auszugestalten und den Wellenabschnitt zumindest innerhalb der Nabenöffnung mit einem dazu komplementären, weitgehend konturgetreuen Querschnittsprofil auszustatten. Hierdurch ergibt sich in der Drehrichtung ein spielfreier Formschluss, der die Übertragung großer Drehmomente gewährleistet.
Um den an der Welle ausgebildeten, zur Nabenöffnung komplementär geformten Profilbereich herzustellen, wird die Welle in einem in die Nabenöffnung axial eingesteckten Zustand axial gestaucht, derart, dass sich der Wellenquerschnitt innerhalb der Nabenöffnung aufweitet und sich dabei weitgehend, insbesondere vollständig, konturgetreu an die Innenkontur der Nabenöffnung anpasst. Hierdurch kann die beim Stauchen vorliegende relative Drehlage zwischen Nabe und Welle spielfrei fixiert werden. Die Welle besitzt vor dem Stauchvorgang in dem in die Nabenöffnung einsteckbaren Endabschnitt einen Querschnitt, der so dimensioniert ist, dass die Welle relativ zur Nabe frei um ihre Längsmittelachse drehbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die relative Drehlage zwischen Nabe und Welle vor dem Stauchvorgang exakt einzustellen. Erst durch den Stauchvorgang kommt es zum Formschluss, der die Nabe drehfest mit der Welle verbindet.
Der Stauchvorgang lässt sich entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform so durchführen, dass die Nabe anschließend auch in axialer Richtung formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Hierzu wird ein durch die Nabenöffnung hindurch ragender Bereich des Wellenendabschnitts beim Stauchvorgang soweit aufgeweitet, dass er anschließend an einem die Nabenöffnung einfassenden Randbereich axial zur Anlage kommt. In der Folge kann die Welle nicht mehr aus der Nabenöffnung herausgezogen werden.
Zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Nabe an ihrem Endabschnitt eine den Querschnitt aufweitende Stufe besitzt, die so bemessen ist, dass sie beim Einstecken der Welle einen axialen Anschlag bildet, über den die Welle am zuvor genannten Randbereich axial zur Anlage kommt, bevor der Stauchvorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise ist die Nabe anschließend in beiden Richtungen durch Formschluss axial an der Welle festgelegt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine perspektivische Ansicht auf eine Nabe und eine Welle vor dem Herstellen einer Verbindung zwischen der Nabe und der Welle,
2 eine Frontansicht auf die Verbindung zwischen Nabe und Welle,
3 eine perspektivische Ansicht auf die Verbindung in einer auseinander gezogenen Darstellung,
4 ein vereinfachter Längsschnitt durch die Verbindung.
Entsprechend den 1 bis 4 umfasst eine Welle 1 einen axialen Endabschnitt 2, an dem eine Nabe 3 drehfest angebracht werden soll bzw. angebracht ist, um eine Nabe-Welle-Kombination 4 auszubilden. Hierzu wird zwischen der Welle 1 und der Nabe 3 eine drehfeste Verbindung 5 hergestellt, die im folgenden auch als Nabe-Welle-Verbindung 5 bezeichnet wird.
Im dargestellten Beispiel ist die Nabe 3 durch eine Gelenkgabel einer Fahrzeuglenkung gebildet, und die Welle 1 ist durch eine Lenkspindel der Fahrzeuglenkung gebildet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Nabe-Welle-Kombinationen 4 denkbar. Beispielsweise kann die Nabe 3 ein Zahnrad, ein Ritzel, ein Nocken und dgl. sein. Die Welle 1 ist bevorzugt eine Hohlwelle bzw. ein Rohr. Ebenso kann es sich um eine Stange oder dgl. handeln.
Die Nabe 3 besitzt eine Nabenöffnung 6, die bezüglich einer Längsmittelachse 7 der Nabe 3 und/oder der Welle 1 nicht-rotationssymmetrisch gestaltet ist. Die Längsmittelachse 7 verläuft dabei parallel zu einer Einsteckrichtung, mit welcher der Endabschnitt 2 in die Nabenöffnung 6 einsteckbar bzw. eingesteckt ist. Die nicht-rotationssymmetrisch ausgestaltete Nabenöffnung 6 besitzt somit eine rotationsasymmetrische Innenkontur. Hierbei kann es sich exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit um eine polygonale oder polygonalförmige Innenkontur handeln. Bevorzugt wird hierbei eine polygonähnliche Formgebung, die keine spitzen Ecken, sondern runde Eckbereiche aufweist. Im gezeigten Beispiel ist rein exemplarisch eine quadratartige Form mit abgerundeten Ecken gewählt. Ebenso ist beispielsweise eine dreieckige oder fünfeckige oder elliptische Form denkbar. Des Weiteren ist auch ein umgekehrt-Torx-artiges Profil denkbar, bei dem auch spitze Ecken vorkommen können.
Die Welle 1 besitzt zumindest in ihrem Endabschnitt 2 entsprechend 1 vor dem Herstellen der Verbindung 5 zumindest in einem beim Einstecken vorausgehenden Bereich 8 einen Querschnitt, der so dimensioniert ist, dass die Welle 1 im in die Nabenöffnung 6 eingesteckten Zustand um die Längsmittelachse 7 relativ zur Nabe 3 drehbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine vorbestimmte Relativlage zwischen Nabe 3 und Welle 1 einzustellen, bevor die drehfeste Verbindung 5 hergestellt wird. Insbesondere kann der genannte vorausgehende Bereich 8 hierzu einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweisen. Der Außenquerschnitt dieses Bereichs 8 ist dabei zweckmäßig mit Radialspiel in die Nabenöffnung 6 axial einsteckbar.
Entsprechend den hier gezeigten Ausführungsformen besitzt der Wellenendabschnitt 2 eine Stufe 9, an welcher der vorausgehende Bereich 8 in einen daran anschließenden Axialbereich 10 übergeht, der einen größeren Außenquerschnitt als der vorausgehende Bereich 8 aufweist. Zweckmäßig wird die Welle 1 zum Herstellen der Verbindung 5 so weit axial in die Nabenöffnung 6 eingesteckt, bis der Wellenendabschnitt 2 an seiner Stufe 9 axial an einem Randbereich 11 zur Anlage kommt, der die Nabenöffnung 6 einfasst. In diesem Zustand sind Nabe 3 und Welle 1 relativ zueinander um die Längsmittelachse 7 justierbar.
Anschließend wird der Wellenendabschnitt 2, während er in die Nabenöffnung 6 eingesteckt ist, axial gestaucht, bis er innerhalb der Nabenöffnung 6 ein zur Nabenöffnung 6 mehr oder weniger konturgetreues Querschnittsprofil besitzt. Anschließend sind Nabe 3 und Welle 1 relativ zueinander drehfest und spielfrei durch Formschluss fixiert. Die drehfeste Fixierung erfolgt dabei in der ggf. zuvor justierten Drehlage zwischen Nabe 3 und Welle 1.
Der axiale Stauchvorgang kann beispielsweise nach Art eines Radial-Punkt-Nietens durchgeführt werden. Der Stauchvorgang erfolgt dabei zweckmäßig auch so, dass dabei die Nabe 3 an der Stufe 9 axial anliegend verbleibt.
Zweckmäßig ist der vorausgehende Bereich 8 in axialer Richtung größer als die Nabenöffnung 6. Hierdurch ist ein kleiner Teilbereich im eingesteckten Zustand der Welle 1 durch die Nabenöffnung 6 durchgesteckt. Zweckmäßig kann nun der Stauchvorgang so durchgeführt werden, dass der durchgesteckte Bereich des Wellenendabschnitts 2 beim Stauchen aufgeweitet wird, und zwar so, dass er am Randbereich 11 axial zur Anlage kommt. Hierdurch wird gleichzeitig eine axiale Fixierung zwischen Nabe 3 und Welle 1 in der Auszugsrichtung realisiert.
Die Einsteckrichtung ist bereits durch die Stufe 9 axial fixiert.
Entsprechend den 1 bis 3 weist die Nabe 3 in der hier gezeigten Ausgestaltung als Gelenkgabel eine U-Form auf, mit zwei sich parallel erstreckenden Schenkeln 12 und einer die beiden Schenkel 12 miteinander verbindenden Basis 13. In der Basis 13 ist die Nabenöffnung 6 ausgebildet. In den 2 und 4 ist der durchgesteckte und durch das Stauchen aufgeweitete Bereich 14 erkennbar, der den Randbereich 11 radial überlappt und axial daran anliegt. 2 ist außerdem entnehmbar, dass der durch den Stauchvorgang aufgeweitete, innerhalb der Nabenöffnung 6 angeordnete Bereich die Nabenöffnung 6 insbesondere vollständig ausfüllt. Die Nabenöffnung 6 kann auch nur teilweise ausgefüllt sein, jedoch muss dort auf alle Fälle ein radialer Formschluss zwischen Nabe 3 und Welle 1 gegeben sein. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher der Stauchvorgang, insbesondere in den Eckbereichen, noch ein gewisses Radialspiel zwischen der Welle 1 und der Nabe 3 belässt, so dass die Welle 1 im gestauchten Bereich nicht vollständig, sondern nur im wesentlichen oder weitgehend konturgetreu bzw. komplementär geformt ist.
3 zeigt die Welle 1 bzw. den Endabschnitt 2 der Welle 1 nach dem Stauchvorgang. Erkennbar besitzt der in die Nabenöffnung 6 eingesetzte Bereich 8, der in 3 wieder aus der Nabenöffnung 6 herausgezogen dargestellt ist, eine Außenkontur 14, die identisch oder weitgehend identisch zur Innenkontur der Nabenöffnung 6 geformt ist. Ein derartiges, in 3 dargestelltes Herausziehen der Welle 1 aus der Nabe 3 bzw. der Nabenöffnung 6 ist nicht möglich, wenn beim Axialstauchen der durchgesteckte Endbereich 14 radial aufgeweitet wird und axial am Randbereich 11 zur Anlage kommt.
Nach dem Herstellen der Verbindung 5 umfasst die Nabe-Welle-Kombination 4 zumindest die Nabe 3 und die Welle 1, die über die Welle-Nabe-Verbindung 5 drehfest aneinander befestigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10027517 A1 [0002]

Claims

Drehfeste Verbindung zwischen einer Welle (1) und einer Nabe (3), wobei die Nabe (3) eine Öffnung (6) aufweist, in welche ein axialer Endabschnitt (2) der Welle (1) koaxial eingesteckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenöffnung (6) bezüglich einer Längsmittelachse (7) nicht-rotationssymmetrisch gestaltet ist, wobei der Wellenendabschnitt (2) zumindest innerhalb der Nabenöffnung (6) ein zur Nabenöffnung (6) komplementäres oder weitgehend komplementäres Querschnittsprofil aufweist.
Nabe-Welle-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (2) im in die Nabenöffnung (6) eingesteckten Zustand durch axiales Stauchen, insbesondere durch Radial-Punkt-Nieten, umgeformt ist.
Nabe-Welle-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil des Wellenendabschnitts (2) die Nabenöffnung (6) vollständig ausfüllt.
Nabe-Welle-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (2) an einem die Nabenöffnung (6) einfassenden Randbereich (11) axial einseitig oder beidseitig abgestützt ist.
Nabe-Welle-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) eine Gelenkgabel einer Fahrzeuglenkung ist, während die Welle (1) eine Lenkspindel der Fahrzeuglenkung ist.
Verfahren zum Herstellen einer drehfesten Verbindung (5) zwischen einer Welle (1) und einer Nabe (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – bei dem ein axialer Endabschnitt (2) der Welle (1) koaxial in eine Öffnung (6) der Nabe (3) eingesteckt wird, wobei die Nabenöffnung (6) bezüglich einer Längsmittelachse (7) nicht-rotationssymmetrisch ausgestaltet ist, – bei dem der in die Nabenöffnung (6) eingesteckte Wellenabschnitt (2) axial gestaucht wird, bis er innerhalb der Nabenöffnung (6) ein zur Nabenöffnung (6) komplementäres oder nahezu komplementäres Querschnittsprofil besitzt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (2) axial gestaucht wird, bis er die Nabenöffnung (6) vollständig ausfüllt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stauchen des Wellenendabschnitts (2) eine vorbestimmte Drehlage zwischen Nabe (3) und Welle (1) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (2) so weit in die Nabenöffnung (6) eingesteckt wird, bis die Welle (3) mit einer radial nach außen abstehenden Stufe (9) axial an einem die Nabenöffnung (6) einfassenden Randbereich (11) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenendabschnitt (2) so gestaucht wird, dass ein durch die Nabenöffnung (6) durchgesteckter Bereich (14) aufgeweitet wird und an einem die Nabenöffnung (6) einfassenden Randbereich (11) axial zur Anlage kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Nabenöffnung (6) eingesteckte Wellenendabschnitt (2) durch Radial-Punkt-Nieten axial gestaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nabe (3) um eine Gelenkgabel einer Fahrzeuglenkung und bei der Welle (1) um eine Lenkspindel der Fahrzeuglenkung handelt.
Nabe-Welle-Kombination mit einer Nabe (3) und einer Welle (1), die mittels einer Verbindung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 miteinander drehfest verbunden sind.