-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Verband, umfassend eine Nabe und ein scheibenförmiges Maschinenelement, die durch eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
-
Stand der Technik
-
Ein solcher Verband und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind aus der
DE 10 2007 042 835 A1 bekannt. Die formschlüssige Verbindung wird durch eine Nabe mit einer Anschlussbuchse in Polygon-Form erreicht, wobei das scheibenförmige Maschinenelement eine kongruent zur Polygon-Form ausgebildete Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung von der Anschlussbuchse durchdrungen ist. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Nabe und dem Maschinenelement erreicht. Das Verfahren zur Herstellung erfolgt derart, dass nach dem Aufpressen des Maschinenelements auf die Nabe die freie Stirnseite der Nabe gestaucht wird, so dass ein Bund entsteht, der verhindert, dass sich das Maschinenelement in axialer Richtung relativ zur Nabe verschiebt.
-
Aus der
DE 10 2006 028 286 A1 ist ein zweiteilig ausgebildetes Schaltzahnrad bekannt, wobei die beiden Teile durch ein Zahnrad und einen Kupplungskörper gebildet sind. Das Zahnrad hat einen kreisringförmigen, in axialer Richtung vorstehenden Vorsprung, der als Nabe ausgebildet und von dem Kupplungskörper außenumfangsseitig umschlossen ist. Die Verbindung zwischen dem Zahnrad und dem Kupplungskörper erfolgt durch ein Polygon, um Zahnrad und Kupplungskörper drehfest miteinander zu verbinden. Anstelle des zuvor beschriebenen gestauchten Bunds kann bei dem vorbekannten Schaltzahnrad alternativ auch ein Klebemittel zur Anwendung gelangen, um eine axiale Verschiebung von Zahnrad und Kupplungskörper relativ zueinander zu vermeiden.
-
Darstellung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verband der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dessen Dauerhaltbarkeit wesentlich verbessert wird, auch dann, wenn der Verband hohen dynamischen Wechselmomenten ausgesetzt ist, in der Größenordnung von ±500 Nm. Außerdem soll dieser dauerhaltbare Verband einfach und kostengünstig herstellbar sein.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verband mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbands nach Anspruch 12 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen/Weiterbildungen nehmen die darauf rückbezogenen Ansprüche Bezug.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung durch eine stoffschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind.
-
Eine solche zusätzlich stoffschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass der Verband auch hohe dynamische Wechselmomente in der Größenordnung von ±500 Nm zuverlässig übertragen kann. Der Verband weist auch unter diesen Bedingungen gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf. Ein Verband, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bei dem die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement lediglich durch einen Formschluss in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind, übertragen Wechselmomente, die lediglich etwa halb so hoch sind wie die übertragbaren Wechselmomente eines Verbands, der zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung aufweist. Würde ein Verband, bei dem die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement nur durch eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sein, mit Wechselmomenten in der Größenordnung von ±500 Nm beaufschlagt, würde ein solcher Verband nur eine geringe Lebensdauer aufweisen; die formschlüssige Verbindung ist, insbesondere bei kleinen Abmessungen des Verbands, nicht tragfähig genug und die Verbindung zwischen Nabe und Maschinenelement würde frühzeitig ausschlagen.
-
Die formschlüssige Verbindung kann durch ein Polygon der Nabe gebildet sein, das in einer kongruent gestalteten Ausnehmung des scheibenförmigen Maschinenelements angeordnet ist. Derartige formschlüssige Verbindungen sind allgemein bekannt und gelangen häufig zur Anwendung, wenn Naben und scheibenförmige Maschinenelemente drehfest miteinander verbunden werden sollen. Solche Polygon-Verbindungen weisen einen einfachen und teilearmen Aufbau auf, zum Beispiel im Gegensatz zu einer Verschraubung der Teile miteinander, und sind kostengünstig herstellbar.
-
Die Nabe und das Maschinenelement können im Bereich ihrer formschlüssigen Verbindung in Umfangsrichtung und in axialer Richtung spielfrei miteinander verpresst sein. Eine solche spielfreie Verpressung ist von Vorteil, wenn eine genaue Zuordnung von Nabe und scheibenförmigem Maschinenelement relativ zueinander erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist eine solche spielfreie Zuordnung dann, wenn der Verband nach der Verpressung der Nabe und des scheibenförmigen Maschinenelements miteinander weiter bearbeitet werden soll und für diese Weiterbearbeitung eine exakte Zuordnung der Teile zueinander erforderlich ist.
-
Die Nabe kann axial einerseits einen Anschlag mit einer ersten Anschlagfläche für das Maschinenelement aufweisen, die das Maschinenelement mit einer zweiten Anschlagfläche anliegend berührt und axial andererseits einen verstemmten Bund, wobei das Maschinenelement zwischen der Anschlagfläche und dem Bund axial spielfrei angeordnet ist. Die axiale Zuordnung der Nabe und des Maschinenelements relativ zueinander ist durch einen solchen verstemmten Bund besonders haltbar und in axialer Richtung durch Kräfte belastbar, die höher sind, als wenn die Nabe und das Maschinenelement zum Beispiel nur durch eine Verklebung in axialer Richtung relativ zueinander gesichert wären.
-
Die zusätzliche stoffschlüssige Verbindung ist bevorzugt durch eine Verschweißung der Nabe und des Maschinenelements gebildet. Eine Verschweißung ist als zusätzliche Verbindung zu der formschlüssigen Verbindung besonders gut geeignet, weil sich dadurch die Höhe der zuverlässig und dauerhaltbar übertragbaren dynamischen Wechselmomente im Wesentlichen verdoppeln lässt, bezogen auf einen Verband, der nur eine formschlüssige Verbindung umfasst.
-
Die Verschweißung ist bevorzugt durch eine Schweißnaht gebildet, die den Anschlag und die zweite Anschlagfläche des Maschinenelements verbindet.
-
Die Schweißnaht ist dadurch radial möglichst weit außen am Verband angeordnet und durch diese Anordnung belastbarer, als wenn sie radial weiter innen angeordnet wäre.
-
Die Schweißnaht kann kreisringförmig in sich geschlossen ausgebildet sein. Die Dauerhaltbarkeit einer solchen Schweißnaht ist besonders gut.
-
Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Schweißnaht durch Teil-Schweißnähte gebildet sein, wobei die Teil-Schweißnähte gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung ist von Vorteil, um den Verzug der miteinander verschweißten Teile während des Schweiß-Vorgangs möglichst gering zu halten.
-
Die formschlüssige Verbindung und die zusätzliche stoffschlüssige Verbindung weisen eine im Wesentlichen übereinstimmende Tragfähigkeit in Umfangsrichtung auf, so dass auch bei geringen Abmessungen des Verbands hohe dynamische Wechselmomente während einer langen Gebrauchsdauer zuverlässig übertragbar sind.
-
Die Nabe kann durch ein vorderes Ende einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine und das scheibenförmige Maschinenelement durch eine Riemenscheibe eines Riementriebs gebildet sein. Insbesondere bei einer derartigen Verwendung können die genannten hohen dynamischen Wechselmomente in der Größenordnung von ±500 Nm und mehr entstehen, insbesondere wenn der Verband an drehmomentstarken Verbrennungskraftmaschinen zur Anwendung gelangt. Die Übertragbarkeit hoher dynamischer Wechselmomente wird in Zukunft in diesem Bereich immer wichtiger, weil selbst bei kleinvolumigen Verbrennungskraftmaschinen immer höhere Drehmomente gewünscht und auch erreicht werden.
-
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbands, wie zuvor beschrieben. Die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement werden in einem ersten Verfahrensschritt formschlüssig und in einem zweiten Verfahrensschritt stoffschlüssig miteinander verbunden.
-
Wie zuvor beschrieben, entsteht im ersten Verfahrensschritt bereits ein Verband, bei dem die Nabe und das Maschinenelement im Bereich ihrer formschlüssigen Verbindung in Umfangsrichtung und in axialer Richtung spielfrei miteinander verbunden sind. Dadurch ist der Verband bereits fest vormontiert; die Nabe und das Maschinenelement sind einander bereits relativ ortsfest zugeordnet. Die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement werden dann in einem zweiten Verfahrensschritt miteinander verschweißt, wobei dieser zweite Verfahrensschritt dadurch besonders einfach durchführbar ist, dass die Nabe und das scheibenförmige Maschinenelement bereits nach dem ersten Verfahrensschritt passend zueinander positioniert sind.
-
Besonders bevorzugt werden die Nabe und das Maschinenelement im zweiten Verfahrensschritt durch eine Laser-Verschweißung miteinander verschweißt. Das Laser-Schweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischen Verzug gefügt werden müssen. Das Laser-Schweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffs ausgeführt. Der Vorteil Zaser-geschweißter Bauteile ist der geringere, konzentrierte Energieeintrag in das Werkstück. Die Folge ist u. a. ein geringerer thermisch bedingter Verzug, der besonders bei dem zuvor beschriebenen Verband von hervorzuhebendem Vorteil ist. Durch den geringen thermischen Verzug weist ein derart hergestellter Verband keine nachteiligen Unwuchten auf, die während der bestimmungsgemäßen des Verbands, zum Beispiel im Motorraum von Kraftfahrzeugen, zu akustisch störenden Schwingungen führen könnten. Eine weitere Besonderheit des Laser-Schweißens ist, dass eine Vielzahl von Nahtgeometrien hergestellt werden kann.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbands wird nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
-
Ausführung der Erfindung
-
In der Figur ein schematisch dargestellter Verband gezeigt, der ein Nabe 1 und ein scheibenförmiges Maschinenelement 2 umfasst. Die Nabe 1 ist durch ein vorderes Ende einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine gebildet und das scheibenförmige Maschinenelement 2 durch eine Riemenscheibe eines Riementriebs.
-
Während der bestimmungemäßen Verwendung des Verbands ist dieser hohen dynamischen Wechselmomenten in der Größenordnung von ±500 Nm ausgesetzt, die in Umfangsrichtung 4 wirksamen sind. Um derart hohe dynamische Wechselmomente während einer langen Gebrauchsdauer störungsfrei übertragen zu können, sind die Nabe 1 und das scheibenförmige Maschinenelement 2 nicht nur durch die formschlüssige Verbindung 3 in Umfangsrichtung 4 drehfest miteinander verbunden, sondern zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung 3 durch eine stoffschlüssige Verbindung 5. Die stoffschlüssige Verbindung 5 wird durch eine Schweißnaht 13 gebildet, die den Anschlag 9 mit der zweiten Anschlagfläche 11 des Maschinenelements 2 verbindet. Die beiden Verbindungen 3, 5 weisen eine im Wesentlichen übereinstimmende Tragfähigkeit in Umfangsrichtung 4 auf, so dass sich durch diese beiden Verbindungen 3, 5 im Vergleich zu nur einer Verbindung 3 oder 5 eine Verdopplung der Übertragbarkeit der eingeleiteten dynamischen Wechselmomente ergibt.
-
Die formschlüssige Verbindung 3 ist durch das Polygon 6 gebildet, wobei das Polygon 6 von einer kongruent gestalteten Ausnehmung 7 des scheibenförmigen Maschinenelements 2 umschlossen ist. Diese formschlüssige Verbindung 3 ist in Umfangsrichtung 4 und in axialer Richtung 8 spielfrei, wobei der verstemmte Bund 12 dafür sorgt, dass sich das Maschinenelement 2 in axialer Richtung 8 relativ gegenüber der Nabe 1 nicht verschiebt. Das Maschinenelement 2 liegt axial einerseits an der ersten Anschlagfläche 10 des Anschlags 9 mit einer zweiten Anschlagfläche 11 an und berührt in axialer Richtung 8 andererseits den Bund 12.
-
Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall ist die Schweißnaht 13 entweder kreisringförmig in sich geschlossen ausgebildet oder durch Teil-Schweißnähte 13.1, 13.2, 13.3 gebildet. Die stoffschlüssige Verbindung 5 des hier gezeigten Verbands wurde durch Laser-Schweißen hergestellt, so dass der durch das Schweißverfahren bedingte thermische Verzug nur vernachlässigbar gering ist. Außerdem ist die Schweißgeschwindigkeit hoch und die Schweißnahtform kann besonders schmal und schlank ausgeführt werden. Das Laser-Schweißen ist in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft.
-
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 102007042835 A1 [0002]
- DE 102006028286 A1 [0003]
