DE102009001661A1 - Arrangement for fastening and axial fixing of a shaft in a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) in einem Bauteil (2), insbesondere einer Gehäusewand. Es wird vorgeschlagen, dass die axiale Fixierung als ein durch Taumelnieten herstellbarer Taumelwulst (5) ausgebildet ist.The invention relates to an arrangement for fastening and axial fixing of a shaft (1) in a component (2), in particular a housing wall. It is proposed that the axial fixation is designed as a tumble bead (5) which can be produced by wobble riveting.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle in einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.The The invention relates to an arrangement for fastening and axial fixation a shaft in a component according to the preamble of claim 1, a method for fastening and axial fixation according to the preamble of claim 8 and a device for implementation the method according to the preamble of claim 9.

Die Befestigung und axiale Fixierung einer Welle in einem anderen Bauteil kann von verschiedenen Forderungen abhängen: beispielsweise können die miteinander zu verbindenden Teile unterschiedliche Werkstoffe und damit auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, was bei bestimmten Verbindungen, z. B. einem Presssitz zu Problemen führen kann. Darüber hinaus soll eine derartige Verbindung möglichst kompakt, d. h. unter Beanspruchung von möglichst wenig Bauraum gestaltet werden. Unter diesem Aspekt sind beispielsweise Flanschverbindungen wegen ihres zusätzlichen Bauraums und Gewichts nicht geeignet. Bekannt sind daher Verbindungen, welche auf einer Kaltverformung eines der beiden zu verbindenden Bauteile beruhen.The Attachment and axial fixation of a shaft in another component can depend on various demands: for example The parts to be joined together can be different Materials and thus also different thermal expansion coefficients have, what in certain compounds, for. B. to a press fit Can cause problems. In addition, such a Connection as compact as possible, d. H. under stress designed by as little space as possible. Under this Aspect are, for example, flange because of their additional Space and weight not suitable. Therefore, compounds are known which on a cold deformation of one of the two components to be joined based.

Durch die EP 1 476 261 B1 wurde ein Verfahren zur Verbindung eines Aludruckgussteiles mit einem anderen Teil bekannt, welches vorzugsweise als Blech aus einem anderen Material ausgebildet ist. Das Aludruckgussteil weist einen Kragen auf, der durch Rollen eines Rollierwerkzeuges auf dem ganzen Umfang derart verformt wird, dass das Blechteil festgeklemmt und somit eine formschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen hergestellt wird. Alternativ wird vorgeschlagen, anstelle der Verformung mittels des Rollierwerkzeuges ein Nietverfahren wie beispielsweise das Taumelnietverfahren einzusetzen.By the EP 1 476 261 B1 For example, a method has been known for connecting an aluminum pressure cast part to another part, which is preferably designed as a sheet made of another material. The aluminum die casting has a collar which is deformed by rolling a rolling tool on the entire circumference such that the sheet metal part clamped and thus a positive connection between the two parts is made. Alternatively, it is proposed to use a riveting method, such as the wobble riveting method, instead of the deformation by means of the roller burnishing tool.

Das Taumelnietverfahren ist eine bekannte Alternative zum herkömmlichen Nieten, wobei der Schließkopf des Niets durch einen in Richtung der Nietachse zugestellten Nietstempel, auch Nietdöpper genannt, ausgeformt wird. Nachteilig hierbei sind der relativ hohe Kraftaufwand und das Geräusch. Beim Taumelnietverfahren wird der Schließkopf des Niets partiell durch einen eine Taumelbewegung ausführenden Nietdöpper verformt, wobei die stirnseitige Arbeitsfläche des Nietdöppers, die so genannte Döpperfläche, eben ausgebildet sein kann, sodass sich ein kegelförmig ausgebildeter Schließkopf des Niets ergibt. In der DE 10 2005 040 795 A1 ist ein derartiges Verfahren zum Taumelnieten und eine Nieteinrichtung zur Durchführung des Taumelnietverfahrens beschrieben.The wobble riveting method is a known alternative to conventional riveting, wherein the closing head of the rivet is formed by a riveting punch, also called a rivet, which is brought in the direction of the rivet axis. The disadvantage here is the relatively high effort and noise. In the wobble riveting method, the closing head of the rivet is partially deformed by a riveting head which carries out a tumbling motion, wherein the frontal working surface of the rivet head, the so-called beat surface, can be flat, resulting in a conically formed closing head of the rivet. In the DE 10 2005 040 795 A1 Such a tumble riveting method and a riveting device for performing the wobble riveting method are described.

Durch die DE 33 15 758 A1 wurde eine Vorrichtung zum Taumelnieten bekannt, bei welcher der Nietstempel eine taumelnde Bewegung ausführt und eine muldenförmige Arbeits- oder Döpperfläche aufweist.By the DE 33 15 758 A1 a device for wobble riveting has been known, in which the riveting punch performs a tumbling motion and has a trough-shaped working or topping surface.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass die Verbindung auch für Teile mit unterschiedlichen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere Aluminiumdruckgusswerkstoffe und Stahl geeignet und darüber hinaus kompakt ausgebildet ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung der Welle sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It Object of the present invention, an arrangement for attachment of the type mentioned above to make such that the connection also for parts with different materials and with different ones Thermal expansion coefficients, in particular aluminum diecasting materials and Steel suitable and moreover compact. It is a further object of the invention to provide a suitable method for Attachment and axial fixation of the shaft and a device to provide for carrying out the method.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object of the invention is achieved by the features of the independent Claims 1, 8 and 9 solved. advantageous Embodiments emerge from the subclaims.

Erfindungsgemäß erfolgt die axiale Fixierung der Welle durch einen Taumelwulst, welcher an dem die Welle aufnehmenden Bauteil durch Taumelnieten ausgeformt wird. Damit wird eine formschlüssige, kompakte Verbindung durch Kaltverformung des Bauteils hergestellt, welche auch unterschiedlichen Wärmedehnungen der Welle einerseits und des Bauteils andererseits standhält.According to the invention the axial fixation of the shaft by a Taumelwulst, which formed on the shaft receiving component by wobble riveting becomes. This is a positive, compact connection produced by cold deformation of the component, which also different thermal expansions the shaft on the one hand and the component on the other hand withstands.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einer Gusslegierung hergestellt, d. h. als Sand- oder Druckgussteil ausgebildet. Das Bauteil kann als Gehäusewand eines Getriebegehäuses ausgebildet sein, wobei die Gehäusewand als zusätzliches plattenförmiges Bauteil oder als integrierter Bestandteil des Gehäuses ausgebildet sein kann. Durch das Taumelnietverfahren, welches mit einem eine taumelnde Bewegung ausführenden Nietstempel durchgeführt wird, wird das als Gussteil ausgebildete Bauteil auf seinem Umfang nach und nach umgeformt, wobei nur relativ geringe Verformungskräfte auftreten und die Gefahr eines Materialbruches oder -reißens weitgehend ausgeschaltet ist.To a preferred embodiment, the component is made of a Aluminum material, in particular a cast alloy produced, d. H. designed as a sand or die casting. The component can formed as a housing wall of a transmission housing be, with the housing wall as an additional plate-shaped component or formed as an integral part of the housing can be. By the wobble riveting, which with a a tumbling movement performing riveting stamp performed becomes, designed as a casting component on its circumference gradually formed, with only relatively small deformation forces occur and the risk of material breakage or tear largely is off.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die vorzugsweise in Stahl hergestellte Welle einen Bund mit einer ersten axialen Anschlagfläche auf, an dem sich der Taumelwulst axial abstützt.To a further preferred embodiment, preferably made in steel shaft a collar with a first axial Stop surface on which the wobble ridge is axially supported.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Bund eine zweite axiale Anschlagfläche und das Gussbauteil eine Stufenbohrung mit mindestens einem Absatz auf, welcher sich an der zweiten Anschlagfläche axial abstützt. Damit ist die Welle in beiden axialen Richtungen formschlüssig gegenüber dem Bauteil fixiert.In further advantageous embodiment, the federal government has a second axial abutment surface and the cast component a stepped bore with at least one shoulder, which is located on the second stop surface axially supported. Thus, the shaft is in both axial directions fixed positively against the component.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Welle als Hohlwelle, insbesondere als Getriebewelle ausgebildet sein.In further advantageous embodiment, the shaft as a hollow shaft, be designed in particular as a transmission shaft.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Welle, welche einen Bund aufweist, in das Bauteil, welches mindestens einen ersten Absatz aufweist, bis zum axialen Anschlag eingeschoben. Danach wird der äußere, stirnseitige Rand der Stufenbohrung durch ein dem Taumelnieten ähnliches Verfahren zu einem Wulst, einem so genannten Taumelwulst umgeformt. Der Umformvorgang erfolgt nicht in einem Schritt, sondern in einer Vielzahl von nacheinander über den Umfang ablaufenden Schritten, sodass der Kraftaufwand für die Umformung und ebenso das damit verbundene Geräusch relativ niedrig sind. Durch die schonende Umformung des Materials besteht die Gefahr eines Materialbruches oder -reißens nicht.The The object of the invention is also characterized by the features of claim 8 solved. In the method according to the invention the shaft, which has a collar, in the component, which at least having a first shoulder, pushed to the axial stop. Thereafter, the outer, front edge of the Stepped bore by a similar to the tumble riveting method to a bead, a so-called Taumelwulst transformed. The forming process does not take place in one step, but in a variety of successively over the circumference of the steps, so that the effort for the forming and also the associated noise are relatively low. Due to the gentle forming of the material there is a risk of material breakage or tearing Not.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist das Umformwerkzeug als Nietstempel ausgebildet, welcher eine Taumelbewegung ausführt und damit über den Umfang des Bau teils abrollt. Vorzugsweise ist der Nietstempel ringförmig mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher an die Stufenbohrung bzw. den Welledurchmesser angepasst ist.The The object of the invention is also characterized by the features of claim 9 solved. According to the invention, the forming tool trained as Nietstempel, which performs a wobbling motion and thus rolls over the scope of the construction part. Preferably the riveting punch is ring-shaped with a diameter, which is adapted to the stepped bore or the shaft diameter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigenOne Embodiment of the invention is in the drawing and will be described in more detail below, wherein from the description and / or the drawing further features and / or can give benefits. Show it

1 einen Axialschnitt durch eine in einem Bauteil axial fixierte Hohlwelle und 1 an axial section through an axially fixed in a component hollow shaft and

2 eine Einzelheit X aus 1 in vergrößerter Darstellung. 2 a detail X out 1 in an enlarged view.

1 zeigt eine als Hohlwelle 1 ausgebildete Welle, welche in einem plattenförmigen Bauteil 2 aufgenommen und axial fixiert ist. Das Bauteil 2 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumgusswerkstoff hergestellt und als Sand- oder Druckgussteil ausgebildet. Das Bauteil 2 kann eine separate Gehäusezwischenwand oder eine integrierte Gehäusewand eines Getriebegehäuses sein, in welcher die vorzugsweise als Getriebewelle ausgebildete Hohlwelle 1 in axialer und radialer Richtung abgestützt ist. Die Hohlwelle 1 ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt und weist somit einen (ca. 50%) geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Bauteil 2 auf. Das Bauteil 2 weist eine Stufenbohrung 3 mit einem Absatz 3a auf. Die Hohlwelle 1 weist einen Bund 4 zur axialen Fixierung im Bauteil 2 auf. 1 shows one as a hollow shaft 1 formed shaft, which in a plate-shaped component 2 is received and fixed axially. The component 2 is preferably made of a cast aluminum material and formed as a sand or diecasting. The component 2 may be a separate housing intermediate wall or an integrated housing wall of a transmission housing, in which the preferably designed as a transmission shaft hollow shaft 1 is supported in the axial and radial directions. The hollow shaft 1 is preferably made of steel and thus has a (about 50%) lower thermal expansion coefficient than the existing of an aluminum material component 2 on. The component 2 has a stepped bore 3 with a paragraph 3a on. The hollow shaft 1 has a covenant 4 for axial fixation in the component 2 on.

2 zeigt eine Einzelheit X aus 1 in vergrößerter Darstellung, aus welcher die axiale Fixierung beider Teile 1, 2 deutlich hervorgeht. Der Bund 4 der Hohlwelle 1 weist eine erste und eine zweite axiale Anschlagfläche 4a, 4b auf. Die Hohlwelle 1 liegt mit der zweiten axialen Anschlagfläche 4b am Absatz 3a des Bauteils 2 an und ist damit in einer axialen Richtung fixiert. Die axiale Fixierung in der anderen Richtung erfolgt durch einen Taumelwulst 5, welcher durch Kaltverformung aus dem Bauteil 2 radial nach innen und axial gegen die erste Anschlagfläche 4a ausgeformt ist. Der Taumelwulst 5 stützt sich somit spielfrei gegen den Bund 4 der Hohlwelle 1 ab. Damit ist die Hohlwelle 1 in beiden axialen Richtungen gegenüber dem Bauteil 2 fixiert. Der Taumelwulst 5 weist eine Stirnfläche 5a auf, welche gegenüber einer Planfläche 2a des Bauteils 2 nach innen (in der Zeichnung nach rechts) versetzt ist. Dieses Maß in axialer Richtung wird als Taumeltiefe t bezeichnet und kennzeichnet das Maß der axialen Verdrängung des Gussmaterials des Bauteils 2. 2 shows a detail X from 1 in an enlarged view, from which the axial fixation of both parts 1 . 2 clearly shows. The Bund 4 the hollow shaft 1 has a first and a second axial abutment surface 4a . 4b on. The hollow shaft 1 lies with the second axial abutment surface 4b at the heel 3a of the component 2 and is thus fixed in an axial direction. The axial fixation in the other direction is done by a wobble 5 , which by cold deformation of the component 2 radially inwardly and axially against the first stop surface 4a is formed. The tumbling bulge 5 thus relies backlash against the federal government 4 the hollow shaft 1 from. This is the hollow shaft 1 in both axial directions relative to the component 2 fixed. The tumbling bulge 5 has an end face 5a on, which opposite a plane surface 2a of the component 2 inside (in the drawing to the right) is offset. This dimension in the axial direction is called the tumble depth t and indicates the extent of the axial displacement of the casting material of the component 2 ,

Die Montage und axiale Fixierung der Hohlwelle 1 im Bauteil 2 erfolgt in den nachfolgend beschriebenen Schritten: Die Hohlwelle 1 wird in die Stufenbohrung 3 eingeschoben, bis deren Bund 4 am Absatz 3a anliegt. Anschließend wird ein in der Zeichnung nicht dargestelltes als Nietstempel ausgebildetes Umformwerkzeug an der Stirnfläche 2a des Bauteils 2 angesetzt, d. h. in axialer Richtung zugestellt. Der nicht dargestellte Nietstempel kann vorzugsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildet und in seinem Durchmesser an die zu verformende Kreisringfläche der Stirnfläche 2a angepasst sein. Bei der Umformung führt der Nietstempel eine aus dem Taumelnietverfahren bekannte Taumelbewegung durch und wird dabei gleichzeitig axial zugestellt, bis die Taumeltiefe t erreicht ist. Das Material des Bauteils 2 ist am Ende des Umformvorganges bis zur Planfläche 5a axial und gleichzeitig radial nach innen zu dem umlaufenden Taumelwulst 5 verformt, der gegenüber der Welle 1 einen Radialspalt aufweist.The assembly and axial fixation of the hollow shaft 1 in the component 2 takes place in the following steps: The hollow shaft 1 gets into the stepped hole 3 pushed in until their waistband 4 at the heel 3a is applied. Subsequently, a not shown in the drawing as Nietstempel trained forming tool on the end face 2a of the component 2 set, ie delivered in the axial direction. The rivet punch, not shown, may preferably ring-shaped or sleeve-shaped and in its diameter to the annular surface of the end face to be deformed 2a be adjusted. During the forming, the riveting punch performs a tumbling motion known from the wobble riveting method and is simultaneously delivered axially until the tumbling depth t is reached. The material of the component 2 is at the end of the forming process to the plane surface 5a axially and at the same time radially inwards to the circumferential wobble bead 5 deformed, facing the shaft 1 has a radial gap.

11
Hohlwellehollow shaft
22
Bauteilcomponent
2a2a
Planflächeplane surface
33
Stufenbohrungstepped bore
3a3a
Absatzparagraph
44
BundFederation
4a4a
erste axiale Anschlagflächefirst axial stop surface
4b4b
zweite axiale Anschlagflächesecond axial stop surface
55
TaumelwulstTaumelwulst
5a5a
Stirnflächeface
tt
Taumeltiefeswash depth

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) in einem Bauteil (2), insbesondere einer Gehäusewand, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Fixierung als ein durch Taumelnieten herstellbarer Taumelwulst (5) ausgebildet ist.Arrangement for fastening and axial fixing of a shaft ( 1 ) in a component ( 2 ), in particular a housing wall, characterized in that the axial fixing as a producible by tumbling riveting wobble ( 5 ) is trained. Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) aus Stahl hergestellt ist.Arrangement for fastening according to claim 1, characterized in that the shaft ( 1 ) is made of steel. Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einer Gusslegierung hergestellt ist.Arrangement for fastening according to claim 1 or 2, characterized in that the component ( 2 ) is made of an aluminum material, in particular a casting alloy. Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) einen Bund (4) mit einer ersten axialen Anschlagfläche (4a) aufweist und dass der Taumelwulst (5) gegen die Anschlagfläche (4a) axial abgestützt ist.Arrangement for fastening according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the shaft ( 1 ) a covenant ( 4 ) with a first axial abutment surface ( 4a ) and that the wobble ( 5 ) against the stop surface ( 4a ) is axially supported. Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (4) eine zweite axiale Anschlagfläche (4b) und das Bauteil (2) eine Stufenbohrung (3) mit mindestens einem Absatz (3a) aufweisen, der an der zweiten axialen Anschlagfläche (4b) axial abgestützt ist.Arrangement for fastening according to claim 4, characterized in that the collar ( 4 ) a second axial abutment surface ( 4b ) and the component ( 2 ) a stepped bore ( 3 ) with at least one paragraph ( 3a ), which at the second axial abutment surface ( 4b ) is axially supported. Anordnung zur Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Gussplatte (2) zur Abstützung der Welle (1), insbesondere in einem Getriebegehäuse ausgebildet ist.Arrangement for fastening according to one of claims 1 to 5, characterized in that the component as a cast plate ( 2 ) for supporting the shaft ( 1 ), in particular in a transmission housing is formed. Anordnung zur Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Hohlwelle (1) ausgebildet ist.Arrangement for fastening according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shaft as a hollow shaft ( 1 ) is trained. Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) an einem Bauteil (2) nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) bis zum axialen Anschlag in die Stufenbohrung (3) des Bauteiles (2) eingeschoben und dass anschließend der stirnseitige Rand (2a) der Stufenbohrung (3) durch ein dem Taumelnieten ähnliches Verfahren umgeformt wird.Method for fastening and axial fixing of a shaft ( 1 ) on a component ( 2 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shaft ( 1 ) to the axial stop in the stepped bore ( 3 ) of the component ( 2 ) and then that the front edge ( 2a ) of the stepped bore ( 3 ) is reshaped by a process similar to tumble riveting. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch einen eine Taumelbewegung ausführenden, vorzugsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildeten Nietstempel.Apparatus for carrying out the method according to Claim 8, characterized by a wobbling motion, preferably ring-shaped or sleeve-shaped Riveting.
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