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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7 sowie eine Verwendung eines Methacrylatester als chemische Basis aufweisenden Stoffs.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Welle und eine Nabe durch Schrumpfen der Nabe auf der Welle drehfest miteinander zu verbinden. Dabei wird die Passung der Welle bzw. der Nabe mit einem geringfügigen Übermaß hergestellt. Vor der Montage der beiden Teile wird die Nabe erwärmt, damit diese sich ausdehnt, und die Welle, sofern es erforderlich ist, abgekühlt, damit diese schrumpft. Dadurch kann die Nabe dann vergleichsweise einfach über die Welle gestreift werden. Nach der Montage entsteht bei normaler Umgebungstemperatur ein Presssitz.
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In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 42 04 814 A1 eine Klebeverbindung für ein Zahnrad mit einer Welle, wobei das Zahnrad und die Welle zunächst mittels eines Schiebesitzes, eines Haftsitzes oder eines Festsitzes zusammengefügt werden und dann mit einem Ein- oder Zweikomponentenkleber verklebt werden. Zum Zusammenfügen der Welle und des Zahnrads wird das Zahnrad dabei zunächst erhitzt, damit es sich ausdehnt und leichter über die Welle streifen lässt. Die Klebeverbindung ermöglicht eine Herstellung mit einem vergleichsweise geringen Übermaß der Welle bzw. der Nabe, sodass nur geringe Restspannungen entstehen und gleichzeitig das Auftreten von Mikroschlupf zuverlässig verhindert werden kann.
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Die
DE 10 2007 010 764 A1 beschreibt eine Welle, auf welche Zahnräder mit ihren Naben aufgeschrumpft und durch Klebemittel zusätzlich befestigt werden. Das Klebemittel wird über Kanäle und Bohrungen in die Verbindungsfuge eingepresst, wobei sich der Schrumpfsitz soweit löst, dass die Zahnräder vor dem Aushärten des anaeroben Klebemittels positionsgenau ausgerichtet werden können. Zur gleichmäßigen Verteilung dienen Verteilernuten und Taschen oder eine konkave Ausgestaltung des Nabensitzes. Durch die Welle-Nabe-Verbindung gemäß der
DE 10 2007 010 764 A1 werden vor allem bei kleinen Zahnrädern eine überhöhte Zahnfußspannung und Mikroschlupf vermieden.
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Die bekannten Welle-Nabe-Verbindungen sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass die Nabe üblicherweise vor dem Zusammenfügen erhitzt werden muss, um eine Ausdehnung der Nabe zu bewirken. Dies erleichtert zwar einerseits die Anordnung der Nabe auf der Welle, das Erhitzen ist jedoch andererseits mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Weiterhin ist das darauf folgende notwendige Abkühlen mit einem hohen Zeitaufwand verbunden. Sofern auf das Erhitzen der Nabe vor dem Zusammenfügen verzichtet wird, wird nicht nur ein erhöhter Kraftaufwand notwendig, um die Nabe über die Welle zu streifen, sondern es kommt durch die Reibung der Nabe auf der Welle auch zu einer Geräuschentwicklung von über 100 dB, was beim Menschen ohne besondere Schutzmaßnahmen zu Gehörschädigungen führt. Eine Beölung bzw. Befettung der Nabe bzw. der Welle vor dem Zusammenfügen im thermischen Gleichgewicht vermeidet zwar die genannte Geräuschentwicklung und reduziert den benötigten Kraftaufwand deutlich, führt jedoch zu einer stark verminderten Drehfestigkeit der Nabe auf der Welle und somit zum verstärkten Auftreten von Mikroschlupf.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung, wobei die Welle-Nabe-Verbindung als Pressfügung ausgebildet wird und wobei eine Kontaktfläche der Nabe und/oder eine Kontaktfläche der Welle vor dem Fügen mit einem Schmierstoff versehen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schmierstoff als chemische Basis Methacrylatester umfasst. Es hat sich nämlich überraschenderweise herausgestellt, dass Methacrylatester im flüssigen Aggregatszustand eine ausreichende Schmierwirkung hat, um die aus dem Stand der Technik bekannte nachteilige Geräuschentwicklung sowie den erhöhten Kraftaufwand beim Fügen der Welle-Nabe-Verbindung ohne zusätzlichen Schmierstoff zu vermeiden. Die Erfindung stellt hier also u.a. auf die schmierende Wirkung von Methacrylatester ab. Neben den genannten Vorteilen der Geräuschvermeidung und des reduzierten Kraftaufwands liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass durch die bekannte Klebewirkung von Methacrylatester zusätzlich eine erhöhte Festigkeit der gefügten Welle-Nabe-Verbindung gewährleistet wird. Somit kann der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil einer reduzierten Drehfestigkeit der Nabe auf der Welle bei vorausgehender Beölung bzw. Befettung der Welle bzw. der Nabe nicht nur vermieden, sondern sogar zu einer erhöhten Drehfestigkeit umgekehrt werden. Ein nochmals weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Erhitzen der Nabe vor dem Fügen nicht notwendig ist. Dies reduziert den Energieaufwand und den Zeitaufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber gattungsgemäßen Verfahren wesentlich.
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Soweit der Stoff Methacrylatester im Stand der Technik bekannt ist und gemäß dem Stand der Technik zum Fügen von Welle-Nabe-Verbindungen verwendet wird, so wird dort ausschließlich auf seine Klebewirkung abgestellt. Die Welle-Nabe-Verbindung ist gemäß dem Stand der Technik also keine Pressfügung sondern eine Klebeverbindung. Die Erfindung geht über diesen Kenntnisstand hinaus und stellt auf die im Stand der Technik bisher nicht wahrgenommene schmierende Wirkung von Methacrylatester ab, um eine Pressfügung unter Gewährleistung der beschriebenen Vorteile zu ermöglichen.
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Ein im Stand der Technik bekannter und aufgrund seiner Klebewirkung zum Fügen von Welle-Nabe-Verbindungen oftmals verwendeter Stoff, dessen chemische Basis Methacrylatester umfasst ist z.B. als Loctite® 641 bekannt. Loctite® 641 eignet sich überraschenderweise als Schmierstoff im erfindungsgemäßen Sinne.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Welle derart auf die Nabe gefügt wird, dass eine drehfeste Pressfügung entsteht. Die Welle bzw. die Nabe werden bevorzugt entsprechend übermaßig ausgelegt.
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Unter dem Begriff „chemische Basis“ wird im Sinne der Erfindung ein mengenmäßiger Hauptbestandteil einer aus mehreren Bestandteilen bestehenden chemischen Verbindung verstanden.
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Unter dem Begriff „Kontaktfläche der Nabe“ bzw. „Kontaktfläche der Welle“ wird im Sinne der Erfindung derjenige Oberflächenanteil der Welle verstanden, der im gefügten Zustand mit einer Oberfläche der Nabe in Kontakt steht bzw. derjenige Oberflächenanteil der Nabe verstanden, der im gefügten Zustand mit einer Oberfläche der Welle in Kontakt steht.
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Es soll außerdem betont werden, dass es erfindungsgemäß nicht notwendig ist, dass ausschließlich die Kontaktfläche der Welle bzw. der Nabe mit dem Schmierstoff versehen werden. Vielmehr ist z.B. aus prozesstechnischen Gründen auch ein großflächiges Versehen der Oberfläche der Welle bzw. der Nabe mit Schmierstoff möglich, welches geometrisch über das Versehen nur der Kontaktfläche der Welle bzw. der Kontaktfläche der Nabe hinausgeht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Welle und die Nabe im thermischen Gleichgewicht gefügt werden. Somit kann, wie beschrieben, das aus dem Stand der Technik bekannte und im Stand der Technik notwendige Erhitzen der Nabe vor dem Zusammenfügen vorteilhaft vermieden werden. Ebenso kann das im Stand der Technik notwendige, auf das Zusammenfügen folgende Abkühlen vorteilhaft vermieden werden. Dies wiederum reduziert nicht nur den benötigten Energieaufwand wesentlich, sondern auch den benötigten Zeitaufwand.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schmierstoff anaerob aushärtet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass derjenige Anteil des Schmierstoffs, welcher sich zwischen der Welle und der Nabe an den Kontaktflächen befindet, aushärtet und die Pressfügung somit weiter festigt. Derjenige Anteil des Schmierstoffs jedoch, der sich abseits der Kontaktflächen auf der Oberfläche der Welle bzw. auf der Oberfläche der Nabe befindet, härtet nicht aus und kann daher auf einfache Weise wieder entfernt werden. Somit wird sichergestellt, dass durch überschüssige Reste des Schmierstoffs abseits der Kontaktflächen keine nachteiligen Auswirkungen, z.B. unerwünschte Verklebungen bei einer Verwendung der Welle-Nabe-Verbindung in einem Getriebe, entstehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Nabe einem Zahnrad zugeordnet ist. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft herangezogen werden, um ein Zahnrad auf einer Welle anzuordnen. Das solcherart geschaffene Zusammenbauteil, also die Welle mit dem auf die Welle gefügten Zahnrad, kann beispielsweise als Vorgelegewelle in einem Getriebe, insbesondere einem LKW-Getriebe, Verwendung finden. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt somit zur vereinfachten Herstellung von Getrieben bei.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Welle und/oder die Nabe aus Stahl oder einer Stahllegierung bestehen. Stahl bzw. Stahllegierungen sind üblicherweise besonders robust und widerstandsfähig. Somit eignen sie sich vorteilhaft zur Herstellung besonders belastbarer Bauteile. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass der Schmierstoff auf Kontaktflächen aus Stahl bzw. auf Kontaktflächen aus einer Stahllegierung eine besonders gute Schmierwirkung aufweist. Schließlich hat sich auch eine Klebewirkung des Schmierstoffs nach dem anaeroben Aushärten auf Stahl bzw. auf einer Stahllegierung als besonders robust erwiesen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mehrere Naben auf die Welle gefügt werden. Die Naben werden dabei jeweils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Welle gefügt. Die bereits im Zusammenhang mit der ersten auf die Welle gefügten Nabe genannten Vorteile ergeben sich somit auch für jede weitere auf die Welle gefügte Nabe.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Fügen einer Welle-Nabe-Verbindung, umfassend Fügemittel und Schmiermittel, wobei die Fügemittel dazu ausgebildet sind, die Welle-Nabe-Verbindung als Pressfügung auszubilden und wobei die Schmiermittel dazu ausgebildet sind, eine Kontaktfläche der Nabe und/oder eine Kontaktfläche der Welle vor dem Fügen mit einem Schmierstoff zu versehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Somit ergeben sich die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren bereits beschriebenen Vorteile auch hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die Fügemittel sind bevorzugt als elektrohydraulische oder elektromechanische Presse ausgebildet, welche dazu geeignet ist, die Nabe auf die Welle zu fügen.
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Die Schmiermittel sind bevorzugt als Sprühvorrichtung oder als Tauchvorrichtung ausgebildet, welche dazu geeignet ist die Kontaktfläche der Nabe bzw. die Kontaktfläche der Welle mit Schmierstoff zu versehen. Beispielsweise kann die Sprühvorrichtung den Schmierstoff mittels Sprühen auf eine Kontaktfläche aufbringen. Dazu kann die Sprühvorrichtung z.B. eine Fluidpumpe zum Fördern des Schmierstoffs und einen Zerstäuber zum Versprühen des Schmierstoffs umfassen. Die Tauchvorrichtung kann den Schmierstoff z.B. auf eine Kontaktfläche aufbringen, indem die Welle bzw. die Nabe in die Tauchvorrichtung eingetaucht werden, wobei die Tauchvorrichtung in einem hierfür vorgesehenen Tauchbad Schmierstoff bevorratet. Alternativ ist es auch denkbar und bevorzugt, dass die Schmiermittel dazu ausgebildet sind, einen mit Schmierstoff getränkten Schwamm an der Kontaktfläche der Welle bzw. der Nabe abzustreifen.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines Methacrylatester als chemische Basis aufweisenden Stoffs als Schmierstoff für ein Pressfügen einer Welle-Nabe-Verbindung. Die Verwendung eines derartigen Stoffs als Schmierstoff zum Pressfügen der Welle-Nabe-Verbindung führt zu den bereits beschriebenen Vorteilen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Welle und eine Nabe vor, während und nach dem Fügen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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3 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt eine Welle 1 und eine Nabe 2 vor, während und nach dem Fügen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Welle 1 ist beispielsgemäß aus Stahl und dabei als zylindrischer Massivkörper ausgebildet. Die Nabe 2 ist ebenfalls aus Stahl ausgebildet und beispielsgemäß einem Zahnrad 3 zugeordnet, wobei auch das Zahnrad 3 entsprechend aus Stahl besteht. Die Durchmesser der Welle 1 und der Nabe 2 sind derart ausgebildet, dass die Welle 1 und die Nabe 2 jeweils ein geringfügiges Übermaß aufweisen und mittels einer Pressfügung miteinander verbunden werden können (1a). Um die Welle 1 und die Nabe 2 im thermischen Gleichgewichtig fügen zu können, wird eine Oberfläche 5 der Welle 1 beispielsgemäß mit einem Schmierstoff 4 versehen, wie in 1b dargestellt. Das Versehen der Oberfläche 5 mit dem Schmierstoff 4 erfolgt beispielsgemäß mittels Eintauchen der Welle 1 in ein nicht dargestelltes Schmierstoffbad. Da die Oberfläche 5 der Welle 1 auch eine Kontaktfläche 7 der Welle 1 umfasst, ist also auch die Kontaktfläche 7 der Welle 1 mit Schmierstoff 4 versehen. Die Nabe 2 weist eine Oberfläche 6 mit einer Kontaktfläche 8 auf. Die Kontaktfläche 8 wird dabei durch die radialen Innenseiten der Oberfläche 6 der Nabe 2 gebildet. Beispielsgemäß werden weder die Oberfläche 6 der Nabe 2 noch die Kontaktfläche 8 der Nabe 2 mit Schmierstoff 4 versehen. 1c zeigt nun, wie die Nabe 2 bzw. das Zahnrad 3 auf die Welle 1 gefügt wird. Durch das erfindungsgemäße Zurückgreifen auf den Schmierstoff 4, der als chemische Basis Methacrylatester umfasst, kann die Nabe 2 bzw. das Zahnrad 3 mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand auf die Welle 1 gefügt werden. Zudem wird vorteilhaft eine übermäßige Geräuschentwicklung vermieden. Da der Schmierstoff 4 beispielsgemäß anaerob aushärtet, ergibt sich nach dem Fügen der Nabe 2 auf die Welle 1 eine zusätzlich über das Pressfügen hinaus gefestigte Verbindung der Nabe 2 mit der Welle 1. Diese zusätzlich gefestigte Verbindung wird dabei durch die Klebewirkung des Methacrylatesters im Schmierstoffs 4 bewirkt. Da der Schmierstoff 4 beispielsgemäß ausschließlich anaerob aushärtet, können nicht ausgehärtete Reste des Schmierstoffs 4 auf der Oberfläche 5 abseits der Kontaktfläche 7 der Welle 1 vergleichsweise einfach entfernt, z.B. abgewaschen, werden.
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2 zeigt eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst beispielsgemäß Fügemittel 11 und Schmiermittel 12. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 beispielsgemäß ein Schmierstoffreservoir 13. Das Schmierstoffreservoir 13 bevorratet beispielsgemäß einen Schmierstoff 4, welcher als chemische Basis Methacrylatester umfasst. Das Schmierstoffreservoir 13 ist außerdem über eine nicht dargestellte Schlauchverbindung mit den Schmiermitteln 12 verbunden. Die Schmiermittel 12 der Vorrichtung 10 umfassen beispielsgemäß eine nicht dargestellte elektrisch angetriebene Fluidpumpe welche Schmierstoff aus dem Schmierstoffreservoir 13 über die Schlauchverbindung fördert. Weiterhin umfassen die Schmiermittel 12 einen ebenfalls nicht dargestellten Zerstäuber, welcher den Schmierstoffreservoir 13 entnommenen Schmierstoff 4 zerstäubt und auf diese Art die Kontaktfläche 7 der Welle 1 mit Schmierstoff versieht. Anschließend wird die Nabe 2 von den Fügemitteln 11 auf die Welle 1 gefügt. Die Fügemittel 11 umfassen beispielsgemäß eine elektrohydraulische Presse. Die solcherart von den Fügemitteln 11 hergestellte Welle-Nabe-Verbindung ist beispielsgemäß als Pressfügung ausgebildet, wobei die Welle-Nabe-Verbindung durch die Klebewirkung des als chemische Basis des Schmierstoffs 4 verwendete Methacrylatester zusätzlich gefestigt wird.
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3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. In Verfahrensschritt 101 werden eine Welle 1 und eine Nabe 2 bereitgestellt. Die Welle 1 und die Nabe 2 sind beispielsgemäß derart ausgebildet, dass sie sich mittels einer Pressfügung miteinander fügen lassen, d.h., sie weisen jeweils ein bestimmtes Übermaß auf. In Verfahrensschritt 102 wird nun eine Kontaktfläche 7 der Welle 1 mit einem Schmierstoff 4 versehen. Ebenso wird in Schritt 103 eine Kontaktfläche 8 der Nabe 2 mit dem Schmierstoff 4 versehen. Der Schmierstoff 4 umfasst als chemische Basis Methacrylatester. Im nun folgenden Verfahrensschritt 104 wird die Nabe 2 mittels Pressfügens auf die Welle 1 gefügt. Das Fügen der Nabe 2 auf die Welle 1 erfolgt beispielsgemäß im thermischen Gleichgewicht. Dies ist möglich, da das vorausgehende Versehen der Kontaktflächen 7 und 8 der Welle 1 bzw. der Nabe 2 mit Schmiermittel 4 den zum Fügen benötigten Kraftaufwand wesentlich reduziert und außerdem eine übermäßige Geräuschentwicklung beim Fügen vorteilhaft verhindert. Im folgenden Verfahrensschritt 105 härtet der Schmierstoff 4, soweit er sich zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 innerhalb der Pressfügung und damit an den Kontaktflächen 7 und 8 der Welle 1 bzw. der Nabe 2 befindet, anaerob aus. Dies festigt die Welle-Nabe-Verbindung zusätzlich. In Verfahrensschritt 106 wird der restliche Schmierstoff 4, der sich ggf. auf der Oberfläche 5 der Welle 1 und der Oberfläche 6 der Nabe 2 abseits der Kontaktflächen 7 und 8 der Welle 1 bzw. der Nabe 2 befindet, entfernt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Nabe
- 3
- Zahnrad
- 4
- Schmierstoff
- 5
- Oberfläche der Welle
- 6
- Oberfläche der Nabe
- 7
- Kontaktfläche der Welle
- 8
- Kontaktfläche der Nabe
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Fügemittel
- 12
- Schmiermittel
- 13
- Schmierstoffreservoir
- 14
- Welle-Nabe-Verbindung
- 101
- Bereitstellen der Welle und der Nabe
- 102
- Versehen der Kontaktfläche der Nabe mit Schmierstoff
- 103
- Versehen der Kontaktfläche der Welle mit Schmierstoff
- 104
- Pressfügen der Nabe auf die Welle
- 105
- anaerobes Aushärten des Schmierstoffs
- 106
- Entfernen von Schmierstoffresten abseits der Pressfügung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4204814 A1 [0003]
- DE 102007010764 A1 [0004, 0004]
