DE102010020913A1

DE102010020913A1 - Verfahren zum Fügen eines Wellenteils mit einem Nabenteil

Info

Publication number: DE102010020913A1
Application number: DE201010020913
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Mayer Ralph
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Wellenteils (14) mit einem Nabenteil (12) mit den Schritten: – Verkleinern eines Außendurchmessers (Da) eines Außenumfangsbereichs (16) des Wellenteils (14) und/oder Vergrößern eines Innendurchmessers (Di) eines Innenumfangsbereichs (16) des Nabenteils (12); – Fügen des Wellenteils (14) und des Nabenteil (12) unter Ausbildung einer Presspassung zwischen dem Außenumfangsbereich (16) des Wellenteils (14) und dem Innenumfangsbereich (16) des Nabenteils (12); wobei das Verkleinern des Außendurchmessers (Da) des Außenumfangsbereichs (16) des Wellenteils (14) und/oder das Vergrößern des Innendurchmessers (Di) des Innenumfangsbereichs (16) des Nabenteils (12) zumindest bereichsweise durch eine mittels einer Vorrichtung (28) aufgebrachten Kraft (F) vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Wellenteils mit einem Nabenteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 100 32 972 B4 offenbart eine Verbund-Bremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse mit einem Reibring und mit einem Bremsscheibentopf, welche über eine Fügestelle miteinander gefügt sind. Die Fügestelle zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf ist dabei als Press- oder Schrumpfsitz ausgebildet und durch zumindest ein im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ausgerichtetes Verbindungselement gesichert. Bei derartigen Press- oder Schrumpfsitzen besteht das Problem, dass eine gegebenenfalls vorhandene Beschichtung des Bremsscheibentopfes als Wellenteil und/oder des Reibrings als Nabenteil beim Fügen beschädigt werden kann, wobei bei einem solchen Fügen beispielsweise der Bremsscheibentopf durch Abkühlen geschrumpft und/oder der Reibring durch Erwärmen aufgeweitet wird. Die Beschädigung der Beschichtung ist nur mit hohem Aufwand und gegebenenfalls nur dann in Grenzen zu halten, wenn die Beschichtung den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des Bremsscheibentopfes bzw. des Reibrings aufweist. Auch der Einsatz von Ziehöl führt nicht oder nur bei sehr geringen Fugendrücken zur Abhilfe dieser Problematik.
Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen solchen Bremsscheibentopf als Wellenteil mit einem solchen Reibring als Nabenteil über eine formschlüssige Verbindung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring zu verbinden. Dies erfordert eine spezielle und insbesondere kostenaufwändige Ausgestaltung eines Außenumfangbereichs des Bremsscheibentopfes und eines dazu korrespondierenden Innenumfangbereichs des Reibrings.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Fügen eines Wellenteils mit einem Nabenteil bereitzustellen, welches eine besonders feste und kostengünstige Verbindung des Wellenteils mit dem Nabenteil ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Fügen eines Wellenteils mit einem Nabenteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein solches Verfahren zum Fügen eines Wellenteils mit einem Nabenteil umfasst den Schritt, dass ein Außendurchmesser eines Außenumfangsbereichs des Wellenteils verkleinert und/oder ein Innendurchmesser eines Innenumfangsbereichs des Nabenteils vergrößert wird. Des Weiteren werden das Wellenteil und das Nabenteil unter Ausbildung einer Presspassung zwischen dem Außenumfangsbereich des Wellenteils und dem Innenumfangsbereich des Nabenteils miteinander gefügt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs des Wellenteils und/oder das Vergrößern des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs des Nabenteils zumindest bereichsweise durch eine mittels einer Vorrichtung aufgebrachten Kraft vorgenommen wird.
Das Verkleinern des Außendurchmessers bzw. das Vergrößern des Innendurchmessers hängt somit nicht oder nicht ausschließlich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes, aus welchem das Nabenteil bzw. das Wellenteil ausgebildet ist, ab, sondern von der betragsmäßigen Kraft, die mittels der Vorrichtung auf das Wellenteil und/oder das Nabenteil einwirkt. Dadurch ist es ermöglicht, das Wellenteil mit dem Nabenteil einerseits besonders fest miteinander zu verbinden infolge eines zwischen dem Innenumfangsbereich und dem Außenumfangsbereich wirkenden, hohen Fugendruck. Andererseits können durch das erfindungsgemäße Verfahren Beschädigungen einer gegebenenfalls vorgesehenen Beschichtung des Wellenteils und/oder des Nabenteils in dem Außenumfangsbereich und/oder dem Innenumfangsbereich vermieden werden, und das auch, wenn die Beschichtung bzw. die Beschichtungen einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff des Nabenteils bzw. des Wellenteils. Dies ist der Fall, da die auf den Außenumfangsbereich und/oder den Innenumfangsbereich wirkende Kraft betragsmäßig nicht von den entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten abhängt, sondern sowohl für den Außenumfangsbereich bzw. den Innenumfangsbereich und für die entsprechende Beschichtung gleich ist. Dies bedeutet, dass sowohl der Werkstoff des Wellenteils bzw. der des Nabenteils als auch die entsprechende Beschichtung im Außenumfangsbereich bzw. dem Innenumfangsbereich gleichmäßig bezogen auf den Außenumfangsdurchmesser bzw. den Innenumfangsdurchmesser verkleinert bzw. vergrößert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet somit ein unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bzw. ein unterschiedliches Schrumpfungsverhalten zwischen dem Wellenteil und dessen Beschichtung bzw. dem Nabenteil und dessen Beschichtung, wodurch beispielsweise ein Abplatzen, ein Reißen, ein Abschaben oder dergleichen der Beschichtung vermieden ist.
Bei einer solchen Beschichtung handelt es sich beispielsweise um eine Lackierung, eine galvanische Beschichtung oder eine Korrosionsschutzschicht, welche beispielsweise zumindest im Wesentlichen aus Zink, aus Zink und Eisen, aus Zink und Nickel oder dergleichen ausgebildet ist. Bei einer Lackierung handelt es sich beispielsweise um eine Zinkstaublackierung. Ebenso kann eine solche Beschichtung als Funktionsbeschichtung durch Phosphatieren ausgebildet sein und die Aufgabe haben, eine Tribokorrosion zu reduzieren oder zu vermeiden.
Darüber hinaus ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, das Wellenteil und das Nabenteil unter Ausbildung eines Querpressverbands, insbesondere eines Schrumpf- und/oder Dehnverbands, miteinander zu verbinden bei gleichzeitiger Realisierung der geschilderten Vorteile. Dadurch können hohe Drehmomente zwischen dem Nabenteil und dem Wellenteil über den Pressverband übertragen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht darüber hinaus eine kostengünstige Ausgestaltung sowohl des Wellenteils als auch des Nabenteils. Es kann vorgesehen sein, dass eine bestimmte Anzahl von Formschlusselementen, insbesondere ein solches Formschlusselement, vorgesehen ist, um eine besonders hohe Durchrutschsicherheit zwischen dem Wellenteil und dem Nabenteil darzustellen. Dadurch ist eine Relativverdrehung des Wellenteils zu dem Nabenteil mit einer besonders hohen Sicherheit vermieden. Gleichzeitig können Kosten für das Wellenteil und das Nabenteil gering gehalten werden.
Besonders vorteilhaft für die Übertragung sehr hoher Drehmomente zwischen dem Nabenteil und dem Wellenteil ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Nabenteil und das Wellenteil jeweilige, zueinander korrespondierende Zahnwellenprofile in dem Außenumfangsbereich bzw. dem Innenumfangsbereich aufweisen und über welche sie insbesondere zusätzliche drehfest miteinander verbunden werden. Bevorzugt ist dabei das Wellenteil dünnwandig ausgeführt und wird mittels Übermaß mit dem Nabenteil gefügt. Die Verkleinerung des Außendurchmessers und/oder die Vergrößerung des Innendurchmessers erfolgt dabei vorteilhafterweise in einem elastischen Bereich des Wellenteils bzw. des Nabenteils, was die nötige, aufzuwendende Kraft zur Verkleinerung des Innendurchmessers und/oder zur Vergrößerung des Außendurchmessers und damit den Aufwand des Verfahrens gering hält.
Bei einem solchen, dünnwandigen und ein Zahnwellenprofil aufweisenden Wellenteil kann es sich um einen Bremsscheibentopf einer Verbundbremsscheibe handeln, welcher mit einem ein zu dem Zahnwellenprofil des Bremsscheibentopfes korrespondierendes Zahnwellenprofil aufweisenden Reibring unter Ausbildung der Presspassung gefügt wird.
Weisen das Wellenteil und das Nabenteil zueinander korrespondierende Zahnwellenprofile auf, über welche sie miteinander verbunden werden, so sind das Wellenteil und das Nabenteil zueinander beispielsweise über eine Flankenzentrierung zentriert, bei welcher Zahnköpfe und Zahnfüße jeweiliger Verzahnungen der Zahnwellenprofile keinen Traganteil haben gemäß DIN 5480. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Wellenteil und das Nabenteil zueinander über eine Durchmesserzentrierung zentriert sind, bei welcher zylindrische Bereiche des Wellenteils und des Nabenteils zur Zentrierung dienen und wobei die Zähne der Verzahnungen ausschließlich Umfangskräfte übertragen. Die Verzahnungen der jeweiligen Zahnwellenprofile können Stirn- bzw. Laufverzahnungsgeometrien gemäß DIN 3960 aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs durch eine außenumfangsseitig auf den Außenumfangsbereich wirkende Kraft, insbesondere Druckkraft, vorgenommen. Dadurch wird der Außenumfangsbereich zum Verkleinern seines Außendurchmessers von außen in Richtung seines Mittelpunkts zusammengedrückt, wobei dieses Zusammendrücken vorteilhafterweise durch eine Kraft geschieht, welche in Umfangsrichtung des Außenumfangsbereichs gleichmäßig über den Außenumfangsbereich verteilt ist. Dies gewährleistet ein insbesondere gleichmäßiges Zusammendrücken, was auch als Schrumpfen bezeichnet wird, des Wellenteils in dem Außenumfangsbereich sowie dessen ebenfalls vorhandener Beschichtung, was eine Gefahr einer Beschädigung des Wellenteils und gegebenenfalls der Beschichtung sehr gering hält. Bei der Kraft zum Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs handelt es sich beispielsweise um eine von außerhalb des Außenumfangsbereichs auf diesen wirkende mechanische Kraft, insbesondere mechanische Druckkraft, wodurch eine besonders kostengünstige Durchführung des Verfahrens realisiert ist.
Zum Aufbringen der auf den Außenumfangsbereich wirkende Kraft wird in einer Ausführungsform des Verfahrens zumindest ein Schellenelement als Vorrichtung verwendet, wobei das Schellenelement beispielsweise außenumfangsseitig um den Außenumfangsbereich diesen umgebend angeordnet ist. Das Schellenelement weist zunächst einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Außenumfangsbereichs auf. Dabei kann das Schellenelement von dem Außenumfangsbereich beabstandet sein oder bereits an diesem zumindest bereichsweise anliegen. Nach einer Positionierung des Schellenelements in dem gewünschten Außenumfangsbereich des Wellenteils wird der Innendurchmesser des Schellenelements verkleinert, indem das Schellenelement beispielsweise zusammen gezogen wird. Diese Zusammenziehung wird beispielsweise mittels eines Schraubelements bewirkt, welches mit zwei Endbereich des Schellenelements zusammenwirkt und mittels welchem durch Drehen des Schraubelements die Endbereiche in tangentialer Richtung des Außenumfangsbereichs des Wellenteils aufeinander zubewegt werden. Diese Zusammenziehung des Schellenelements bewirkt eine Kraft auf den Außenumfangsbereich, welche zumindest nahezu gleichmäßig in Umfangsrichtung des Außenumfangsbereichs auf diesen einwirkt und in Richtung des Mittelpunkts des Außenumfangsbereichs gerichtet ist. Dies gewährleistet ein besonders gleichmäßiges Verkleinern des Außenumfangsbereichs und damit des Wellenteils und der gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung in dem Außenumfangsbereich, wodurch ein beschädigungsfreies und einfaches Fügen des Wellenteils mit dem Nabenteil ermöglicht ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs durch einen in einem Hohlraum des Wellenteils mittels der Vorrichtung eingestellten und innenumfangsseitig auf den Außenumfangsbereich wirkenden Unterdruck vorgenommen. Mit anderen Worten wird mittels der Vorrichtung ein Druck in dem Hohlraum eingestellt, welcher verglichen mit einem auf den Außenumfangsbereich außenumfangsseitig wirkenden Druck, beispielsweise dem Umgebungsdruck, geringer ist. Dabei wird der Außenumfangsbereich zum Verkleinern seines Außendurchmessers zusammengezogen, ohne eine mechanische Kraft auf den Außenumfangsbereich bzw. das Wellenteil einwirken muss. Dadurch ist eine besonders schonende und in Umfangsrichtung des Außenumfangsbereichs gleichmäßige Verkleinerung des Außendurchmessers realisiert, was die Gefahr einer Beschädigung des Wellenteils sowie der gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung auf ein Minimum reduziert.
Des Weiteren birgt diese Ausführungsform den Vorteil, dass der Hohlraum besonders gut zugänglich ist, ohne den Außenumfangsbereich bzw. den Innenumfangsbereich des Nabenteils zu versperren bzw. zu blockieren, was das Fügen des Wellenteils mit dem Nabenteil aufwändiger gestalten oder verhindern würde. Vielmehr kann die Kraft zum Verkleinern des Außendurchmessers während des zumindest nahezu gesamten Fügeprozesses des Wellenteils mit dem Nabenteil auf den Außenumfangsbereich zum Verkleinern dessen Außendurchmessers einwirken und die entsprechende Kraft zum Verkleinern des Außendurchmessers beispielsweise infolge des eingestellten Unterdrucks aufbringen.
Wird das Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs durch eine in dem Hohlraum des Wellenteils innenumfangsseitig auf dem Außenumfangsbereich wirkenden Kraft vorgenommen, wobei es sich bei der Kraft nicht notwendigerweise um eine Kraft infolge des Unterdrucks handelt, so treffen auf diese Ausführungsform die bereits geschilderten Vorteile der sehr guten Zugänglichkeit zu dem Hohlraum zu, wodurch der Außenumfangsbereich und der Innenumfangsbereich nicht sind, sondern während des Fügeprozesses zum Fügen des Wellenteils mit dem Nabenteil frei verbleiben können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein in den Hohlraum mündende Durchtrittsöffnung des Wellenteils mittels wenigstens eines Dichtelements gegen ein Einströmen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, in den Hohlraum abgedichtet. Dadurch kann insbesondere der Unterdruck in dem Hohlraum zum Verkleinern des Außendruckmessers des Außenumfangsbereichs besonders schnell und effizient eingestellt werden, indem beispielsweise sich in dem Hohlraum befindende Luft mittels der Vorrichtung abgesaugt wird. Ein Nachströmen von Luft zum Druckausgleich durch die Durchtrittsöffnung wird mittels des Dichtelements vermieden, wodurch ein sehr hoher Unterdruck, d. h. ein geringer Absolutdruck, in dem Hohlraum eingestellt wird, um den Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs besonders stark zu verkleinern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Vergrößern des Innendurchmessers des den Umfangsbereich durch eine innenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich wirkende Kraft, insbesondere Druckkraft, vorgenommen. Wie schon zum Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs geschildert ist, ist dadurch ein besonders gleichmäßiges und schonendes Vergrößern des Innendurchmessers ermöglicht, was die Gefahr einer Beschädigung des Nabenteils in dem Innenumfangsbereich sowie einer gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung des Nabenteils gering hält. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kraft zum Vergrößern des Innendurchmessers sehr gleichmäßig in Umfangsrichtung des Innenumfangsbereichs auf diesen einwirkt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Vergrößern des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs durch eine von innerhalb des Innenumfangsbereichs auf den Innenumfangsbereich wirkende, mechanische Kraft, insbesondere mechanische Druckkraft, vorgenommen wird. Dies bewirkt ein gleichmäßiges und schonendes Vergrößern und damit Aufweiten des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs, wodurch das Wellenteil besonders schonend und auf besonders unaufwändige Weise mit dem Nabenteil gefügt werden kann. Dadurch wird nicht nur die gegebenenfalls vorhandene Beschichtung des Wellenteils im Außenumfangsbereich, sondern auch eine gegebenenfalls vorhandene Beschichtung des Nabenteils in dem Innenumfangsbereich geschont und die Gefahr einer Beschädigung dieser Beschichtungen reduziert.
Zum Vergrößern des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs erfolgt beispielsweise mittels eines Schellenelements, welches zunächst innenumfangsseitig in Überdeckung mit dem Innenumfangsbereich angeordnet wird, wobei das Schellenelement einen Außendurchmesser aufweist, welcher geringer ist als der Innendurchmesser des Innenumfangsbereichs. Bei diesem Verbringen kann das Schellenelement außenumfangsseitig am Innenumfangsbereich anliegen oder von diesem in radialer Richtung beabstandet sein. Anschließend wird der Außendurchmesser des Schellenelements vergrößert, wodurch der Innendurchmesser des Innenumfangsbereichs aufgeweitet wird, um somit das Wellenteil mit dem Nabenteil zu fügen.
Die Vergrößerung des Außendurchmessers des Schellenelements erfolgt dabei in umgekehrter Art und Weise zu dem Verkleinern des Außendurchmessers des Schellenteils zum Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs des Wellenteils, wobei beispielsweise ein Schraubelement mit zwei Endebereichen des Schellenelements zusammenwirkt. Durch Verdrehen des Schraubelements wird das Schellenelement bezüglich dessen Durchmesser aufgeweitet, woraus eine Aufweitung des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs resultiert. Befinden sich das Wellenteil und das Nabenteil in einer gewünschten Relativposition zueinander, in welcher sie gefügt werden sollen, so wird das Schellenteil entfernt, wodurch der mittels des Schellenelements aufgeweitet Innendurchmesser des Innenumfangsbereichs wieder verkleinert wird, d. h. sich zusammenzieht, und mit dem Außenumfangsbereich die Presspassung ausbildet. Analoges gilt für den Außenumfangsbereich des Wellenteils, welcher sich bei Entfernen des entsprechenden Schellenelements des Wellenteils ausdehnt und mit dem Innenumfangsbereich die Presspassung ausbildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige Aufweitung des Innenumfangsbereichs des Nabenteils sowie damit einhergehend eine Aufweitung bzw. ein Vergrößern des Innendurchmessers einer gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung in dem Innenumfangsbereich. Mit anderen Worten ist eine ungleichmäßige Vergrößerung des Innendurchmessers des Innenumfangsbereichs des Nabenteils und der gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung vermieden, was eine Beschädigung der Beschichtung vermeidet bzw. eine solche Gefahr reduziert.
Analog zu dem Wellenteil kann das Vergrößern des Innendurchmessers in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durch eine in einem Hohlraum des Nabenteils außenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich wirkende Kraft vorgenommen werden, wodurch der Innendurchmesser des Innenumfangsbereichs auseinander gezogen wird. Bei einer solchen Kraft handelt es sich beispielsweise um einen Kraft infolge eines Unterdrucks, welcher in dem Hohlraum mittels der Vorrichtung eingestellt wird und außenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich wirkt. Bei diesem Unterdruck handelt es sich somit um einen Druck, welcher geringer ist, als der Druck, der auf den Innenumfangsbereich innenumfangsseitig wirkt. Aus dieser Druckdifferenz resultiert analog zu dem Unterdruck zum Verkleinern des Außendurchmessers des Außenumfangsbereichs des Wellenteils eine Aufweitung des Innendurchmessers, ohne, dass eine mechanische Kraft auf den Innendurchmesserbereich einwirkten muss. Dies stellt eine besonders schonende Möglichkeit dar, den Innendurchmesser zu vergrößern. Die Gefahr der Beschädigung der gegebenenfalls vorhandenen Beschichtung des Innenumfangsbereichs infolge einer mechanischen Einwirkung zum Aufbringen der Kraft zum Vergrößern des Innendurchmessers besteht nicht. Zudem bedeutet das Vergrößern des Innendurchmessers mittels des Unterdrucks eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung und somit schonende Vergrößerung des Innendurchmessers.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine in den Hohlraum des Nabenteils mündende Durchtrittsöffnung des Nabenteils mittels wenigstens eines Dichtelements gegen ein Einströmen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, in den Hohlraum abgedichtet wird. Dadurch kann der Unterdruck in dem Hohlraum des Nabenteils besonders schnell und effizient aufgebaut werden sowie ein besonders hoher Unterdruck, d. h. ein geringer Absolutdruck, eingestellt werden um den Innendurchmesser um einen besonders hohen Betrag zu vergrößern. Wird der Unterdruck beispielsweise derart eingestellt, dass aus dem Hohlraum des Nabenteils Luft abgesaugt wird, so verhindert dass Dichtelement ein Nachtströmen der Luft, welche das Einstellen des Unterdrucks negativ beeinflussen und gegebenenfalls verlangsamen würde.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Bremsscheibentopf als Wellenteil mit einem Reibring als Nabenteil einer Bremsscheibe, insbesondere einer Verbundbremsscheibe, gefügt. Der Bremsscheibentopf und der Reibring können dabei aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einerseits eine besonders feste Verbindung zwischen dem Bremsscheibentopf und dem Reibring zum Übertragen von besonders hohen Drehmomenten zwischen dem Reibring und dem Bremsscheibentopf. Dabei können der Bremsscheibentopf und der Reibring besonders zeit- und damit kostengünstig miteinander verbunden werden, da spezielle Ausgestaltungen des Außenumfangsbereich bzw. des Innenumfangsbereichs, beispielsweise zur Darstellung einer formschlüssigen Verbindung, nicht vonnöten sind. Darüber hinaus können der Bremsscheibentopf und der Reibring auf besonders schonende Art und Weise miteinander verbunden werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der Bremsscheibentopf und/oder der Reibring in dem Außenumfangsbereich bzw. dem Innenumfangsbereich eine Beschichtung aufweisen, welche beispielsweise als oben geschilderte Beschichtung ausgebildet ist. Die Gefahr der Beschädigung dieser Beschichtung bzw. Beschichtungen ist durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert oder vermieden.
Zur Unterstützung des Vergrößerns des Innendurchmessers und/oder zum Verkleinern des Außendurchmessers kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Vergrößern bzw. das Verkleinern durch eine Wärmebehandlung des Innenumfangsbereichs bzw. des Außenumfangsbereichs vorgenommen wird. Dabei wird beispielsweise der Innenumfangsbereich des Nabenteils erwärmt, wodurch er sich in seinem Innendurchmesser ausdehnt. Alternativ oder zusätzlich wird beispielsweise der Außenumfangsbereich des Wellenteils gekühlt, so dass er sich in seinem Außendurchmesser verkleinert. Anschließend werden das Wellenteil und das Nabenteil in einer gewünschten Relativposition zueinander bewegt, in welcher sich der Innenumfangsbereich und der Außenumfangsbereich zumindest bereichsweise in radialer Richtung des Wellenteils sowie des Nabenteils überdecken. Zum festen Verbinden wird dann der Innendurchmesser des Innenumfangsbereichs verkleinert und/oder der Außendurchmesser des Außenumfangsbereichs vergrößert. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass die auf den Innenumfangsbereich und/oder Außenumfangsbereich wirkende und mittels der Vorrichtung aufgebrachte Kraft aufgehoben wird und gegebenenfalls das Nabenteil zumindest in dem Innenumfangsbereich wieder gekühlt und/oder das Wellenteil zumindest in dem Außenumfangsbereich erwärmt wird. Das Abkühlen erfolgt beispielsweise derart, dass das erhitzte Nabenteil sich an die demgegenüber geringere Umgebungstemperatur anpasst. Das Erwärmen des Wellenteils erfolgt beispielsweise in analoger Art und Weise dazu, wobei sich das zumindest in dem Außenumfangsbereich abgekühlte Wellenteil an die demgegenüber höhere Umgebungstemperatur anpasst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Draufsicht einer Bremsscheibe für einen Kraftwagen mit einem Reibring und einem Bremsscheibentopf, welche unter Ausbildung einer Presspassung miteinander gefügt sind;
2 eine schematische Querschnittansicht der Bremsscheibe gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A;
3 eine schematische Längsschnittansicht der Bremsscheibe gemäß den vorhergehenden Figuren; und
4 eine schematische Längsschnittansicht der Bremsscheibe gemäß den vorhergehenden Figuren mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines alternativen Verfahrens zum Fügen des Bremsscheibentopfes mit dem Reibring.
Die 1 und 2 zeigen eine als Verbundbremsscheibe ausgebildete Bremsscheibe 10, welche einen Reibring 12 als Nabenteil und einen Bremsscheibentopf 14 als Wellenteil umfasst. Der Bremsscheibentopf 14 und der Reibring 12 sind dabei gemäß einer Welle-Nabe-Verbindung unter Ausbildung einer Presspassung in jeweiligen Fügbereichen 16 miteinander gefügt. Dadurch sind der Reibring 12 der Bremsscheibentopf 14 relativ zueinander drehfest fixiert, so dass hohe Drehmomente zwischen dem Reibring 12 und dem Bremsscheibentopf 14 übertragen werden können.
Der Reibring 12 ist als Gussteil ausgebildet, während der Bremsscheibentopf 14 als dünnwandiges Blechteil ausgebildet ist und zur Ausbildung der Presspassung, insbesondere eines Querpressverbands, mit Übermaß gefügt wird.
Wie den 1 bis 4 und insbesondere der 1 zu entnehmen ist, weisen der Reibring 12 und der Bremsscheibentopf 14 in den Fügbereichen 16 jeweilige, zueinander korrespondierende Zahnwellenprofile mit entsprechenden Verzahnungen auf, über welche der Reibring 12 und der Bremsscheibentopf 14 zur Ertragung besonders hoher Drehmomente miteinander verbunden sind.
Die Bremsscheibe 10 ist über den Bremsscheibentopf 14 mit einer Radnabe eines Personenkraftwagens drehfest zu verbinden. Außerdem weist der Bremsscheibentopf 14 Durchtrittsöffnungen 18 auf, durch welche Radschrauben hindurch treten können, um somit auch ein Rad mit der Radnabe des Personenkraftwagens drehfest verbinden zu können. Somit ist das Rad und damit der Personenkraftwagen derart aus einer bestimmten Geschwindigkeit heraus abbremsbar, dass eine Bremsanlage mit dem Reibring 12 zusammenwirkt und den sich bei der Fahrt drehenden Reibring 12 abbremst.
Zur Darstellung einer besonders hohen Bremsleistung weist der Reibring eine Mehrzahl von Kühlkanälen 20 auf, so dass es sich bei der Bremsscheibe 10 um einen innenbelüftete Bremsscheibe 10 handelt. Zum Schutz vor Korrosion, insbesondere einer Tribokorrosion können der Reibring 12 und/oder der Bremsscheibentopf 14 eine jeweilige Beschichtung aufweisen. Um eine Beschädigung der Beschichtung beim Fügen des Reibrings 12 mit dem Bremsscheibentopf 14 zu vermeiden, ist anhand der 3 ein mögliches Verfahren zum Fügen des Reibrings 12 und dem Bremsscheibentopf 14 dargestellt.
Die 3 zeigt, dass zum Fügen des Bremsscheibentopf 14 mit dem Reibring 12 ein Außendurchmesser D_a des Bremsscheibentopfes 14 in seinem Fügbereich 16 derart verkleinert wird, dass mittels einer Vorrichtung eine in radialer Richtung des Bremsscheibentopfes 14 und des Reibrings 12 in Richtung des Mittelpunkts 22 des Bremsscheibentopfes 14 wirkende Kraft F gemäß Richtungspfeilen 24 aufgebracht wird, die den im Vergleich zu einem Innendurchmesser D_i des Reibrings 12 ein Übermaß aufweisenden und damit größer ausgebildeten Außendurchmesser D_a des Bremsscheibentopfes 14 zunächst verkleinert. Bei der Kraft F handelt es sich um eine Kraft, die mechanisch auf den Fügbereich 16 des Bremsscheibentopfes 14 einwirkt und diesen verkleinert, so dass dieser geringer ist als der Innendurchmesser D_i des Fügbereichs 16 des Reibrings 12.
In diesem Zustand werden die Fügbereich 16 des Bremsscheibentopfes 14 und des Reibrings 12 in eine gewünschte Position zueinander verbracht, so dass diese radialer Richtung der Bremsscheibe 10 gemäß einem Richtungspfeil 26 überdecken. Befinden sich der Bremsscheibentopf 14 und der Reibring 12 in dieser Position zueinander, so wird die Kraft F aufgehoben, und der Außendurchmesser D_a vergrößert sich wieder, wobei er durch den Reibring 12 als Nabenteil daran gehindert wird, sich in seine ursprüngliche Größe auszudehnen. Der Außendurchmesser D_a kann sich lediglich auf die Größe des Innendurchmessers D_i ausdehnen, woraus ein Presssitz resultiert, unter dessen Ausbildung der Bremsscheibentopf 14 mit dem Reibring 12 fest verbunden ist.
Dieses Verkleinern des Außendurchmessers D_a des Fügbereichs 16 des Bremsscheibentopfes 14 auf die geschilderte Art und Weise führt zu einer gleichmäßigen Verkleinerung des Außendurchmessers D_a sowohl des Bremsscheibentopfes 14 als auch gleichzeitig dessen Beschichtung. Dies vermeidet eine ungleichmäßige Verkleinerung, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung beispielsweise durch Abplatzen oder Ablösen von dem Bremsscheibentopf 14 sowie ein Abschaben beim Fügen des Bremsscheibentopfes 14 mit dem Reibring 12 sehr gering oder gar vermieden ist.
Die 4 zeigt eine weitere Möglichkeit, den Bremsscheibentopf 14 besonders schonend mit dem Reibring 12 zu fügen, ohne dass jeweilige Beschichtungen, insbesondere die Beschichtung des Bremsscheibentopfes 14, beschädigt wird. Zum Fügen des Bremsscheibentopfes 14 mit dem Reibring 12 wird eine glockenförmige Vorrichtung 28 verwendet, mittels welcher die Durchtrittsöffnungen 18 sowie gegebenenfalls weitere Durchtrittsöffnungen des Bremsscheibentopfes 14 gegenüber einem Durchströmen von Luft oder dergleichen gasförmigen Medium abgedichtet sind. Bei den weiteren Durchtrittsöffnungen kann es sich beispielsweise um Belüftungsöffnungen 30 handeln, welche der Bremsleistung der Bremsscheibe 10 zuträglich sind. Des Weiteren wird ein Dichtungselement 32 verwendet, mittels welchem der Bremsscheibentopf 14 auf einer zum Reibring 12 weisenden Seite gegenüber einem Durchströmen von Luft abgedichtet wird. Dadurch ist ein Hohlraum 34 dargestellt, welcher über einen Anschlussstutzen 36 der Vorrichtung 28 mit einer Saugvorrichtung fluidisch kommuniziert. Mittels dieser Saugvorrichtung kann nun die sich im Hohlraum 34 des Bremsscheibentopfes 14 befindende Luft abgesaugt werden, wodurch ein Unterdruck p_u in dem Hohlraum 34 eingestellt wird. Dieser Unterdruck p_u ist dabei geringer als ein Umgebungsdruck p_o. Aus dieser Druckdifferenz resultiert wiederum eine in radialer Richtung des Bremsscheibentopfes 14 gemäß dem Richtungspfeil 20 zu dem Mittelpunkt 22 hin gerichtete Druckkraft, infolge welcher der Außendurchmesser D_a des Fügbereichs 16 des Bremsscheibentopfes 14 verkleinert wird und in verkleinertem Zustand geringer ist als der Innendurchmesser D_i im Fügbereich 16 des Reibrings 12.
Dadurch ist der Außendurchmesser D_a besonders schonend und ohne eine mechanische Einwirkung gleichmäßig verkleinerbar, was nicht nur eine unterschiedliche Verkleinerung des Außendurchmessers D_a des Bremsscheibentopfes 14 und dessen Beschichtung, sondern auch eine mechanische Einwirkung auf den Bremsscheibentopf 14 bzw. dessen Beschichtung vermeidet. Dadurch ist die Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung auf ein Minimum reduziert.
Wie bereits im Zusammenhang mit der 3 geschildert, werden in verkleinertem Zustand des Außendurchmessers D_a die Fügbereiche 16 in Überdeckung miteinander verbracht, so dass diese sich in radialer Richtung gegeneinander überdecken. Anschließend erfolgt eine Aufhebung des Unterdrucks p_u, so dass im Hohlraum 34 der gleiche Druck herrscht wie auch an der Umgebung. Infolge dessen weitet sich der Außendurchmesser D_a auf, wobei diese Aufweitung des Außendurchmessers D_a auf einen größeren Durchmesser als der Innendurchmessers D_i durch den Reibring 12 in dem Fügbereich 16 vermieden ist. Dies führt dazu, dass der Außendurchmesser D_a nicht mehr größer als der Innendurchmesser D_i sondern genauso groß ist. Dies bewirkt die Ausbildung eines Presssitzes zwischen dem Bremsscheibentopf 14 und dem Reibring 12, wodurch diese drehfest miteinander verbunden sind zur Übertragung hoher Drehmomente.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10032972 B4 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5480 [0012]
DIN 3960 [0012]

Claims

Verfahren zum Fügen eines Wellenteils (14) mit einem Nabenteil (12) mit den Schritten: – Verkleinern eines Außendurchmessers (D_a) eines Außenumfangsbereichs (16) des Wellenteils (14) und/oder Vergrößern eines Innendurchmessers (D_i) eines Innenumfangsbereichs (16) des Nabenteils (12); – Fügen des Wellenteils (14) und des Nabenteil (12) unter Ausbildung einer Presspassung zwischen dem Außenumfangsbereich (16) des Wellenteils (14) und dem Innenumfangsbereich (16) des Nabenteils (12); dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) des Wellenteils (14) und/oder das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) des Nabenteils (12) zumindest bereichsweise durch eine mittels einer Vorrichtung (28) aufgebrachten Kraft (F) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) durch eine außenumfangsseitig auf den Außenumfangsbereich (16) wirkende Kraft (F), insbesondere Druckkraft, vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) durch eine von außerhalb des Außenumfangsbereichs (16) auf den Außenumfangsbereich (16) wirkende, mechanische Kraft (F), insbesondere mechanische Druckkraft, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) mittels zumindest eines Schellenelements als Vorrichtung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) durch eine in einem Hohlraum (34) des Wellenteils (14) innenumfangsseitig auf den Außenumfangsbereich (16) wirkende Kraft vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des durch einen in dem Hohlraum (34) des Wellenteils (14) mittels der Vorrichtung (28) eingestellten und innenumfangsseitig auf den Außenumfangsbereich (16) wirkenden Unterdruck (p_u) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in den Hohlraum (34) mündende Durchtrittsöffnung (18, 32) des Wellenteils (14) mittels wenigstens eines Dichtelements (28, 32) gegen ein Einströmen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, in den Hohlraum (34) abgedichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) durch eine innenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich (16) wirkende Kraft, insbesondere Druckkraft, vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) durch eine von innerhalb des Innenumfangsbereichs (16) auf den Innenumfangsbereich (16) wirkende, mechanische Kraft, insbesondere mechanische Druckkraft, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) mittels zumindest eines Schellenelements als Vorrichtung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößern des Innendurchmessers (Di) des Innenumfangsbereichs (16) durch eine in einem Hohlraum des Nabenteils (12) außenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich (16) wirkende Kraft vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) zumindest bereichsweise durch einen in dem Hohlraum des Nabenteils (12) mittels der Vorrichtung eingestellten und außenumfangsseitig auf den Innenumfangsbereich (16) wirkenden Unterdruck reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine in den Hohlraum mündende Durchtrittsöffnung des Nabenteils (12) mittels wenigstens eines Dichtelements gegen ein Einströmen eines gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, in den Hohlraum abgedichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsscheibentopf (14) als Wellenteil (14) mit einem Reibring (12) als Nabenteil (12) einer Bremsscheibe (10) gefügt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleinern des Außendurchmessers (D_a) des Außenumfangsbereichs (16) zusätzlich durch eine mittels einer Vorrichtung auf das Wellenteil (14) wirkende Wärmebehandlung vorgenommen wird und/oder das Vergrößern des Innendurchmessers (D_i) des Innenumfangsbereichs (16) durch eine mittels einer Vorrichtung auf das Nabenteil (12) wirkende Wärmebehandlung vorgenommen wird.