DE102016118116A1 - Method for producing a connection of a rotary shaft with a rotary element and corresponding arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung einer Rotationswelle (10) mit einem kraftübertragenden Rotationselement (12), vorzugsweise einem Kegelrad, und eine entsprechende Anordnung von einer Rotationswelle (10) und einem kraftübertragenden Rotationselement (12), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Schmieden der Rotationswelle (10) und des Rotationselements (12), wobei das Rotationselement (12) eine Öffnung (12.1) zum Aufnehmen der Rotationswelle (10) aufweist und (b) Pressen der Rotationswelle (10) in die Öffnung (12.1) des Rotationselements (12) derart, dass ein erster Einführbereich (10.2) der Rotationswelle (10) in einen zweiten Einführbereich (12.2) des Rotationselements (12) eingeführt wird; wobei eine axiale Ausdehnung des zweiten Einführbereichs (12.2) des Rotationselements (12) mit einer axialen Ausdehnung der Öffnung (12.1) übereinstimmt.The invention relates to a method for producing a connection of a rotary shaft (10) with a force-transmitting rotary element (12), preferably a bevel gear, and a corresponding arrangement of a rotary shaft (10) and a force-transmitting rotary element (12), the method comprising the following steps : (a) forging the rotary shaft (10) and the rotary member (12), the rotary member (12) having an opening (12.1) for receiving the rotary shaft (10), and (b) pressing the rotary shaft (10) into the opening (12) 12.1) of the rotation element (12) such that a first insertion region (10.2) of the rotation shaft (10) is inserted into a second insertion region (12.2) of the rotation element (12); wherein an axial extent of the second insertion region (12.2) of the rotary element (12) coincides with an axial extent of the opening (12.1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung einer Rotationswelle mit einem kraftübertragenden Rotationselement, vorzugsweise einem Kegelrad, und eine Anordnung von einer Rotationswelle und einem kraftübertragenden Rotationselement.The invention relates to a method for producing a connection of a rotary shaft with a force-transmitting rotary member, preferably a bevel gear, and an arrangement of a rotary shaft and a force-transmitting rotary member.
Verbindungen zum Übertragen von Drehbewegungen und Drehmomenten zwischen Rotationswellen, deren Drehachsen nicht parallel, d.h. schräg zueinander stehen, werden oft im Maschinenbau verwendet. Insbesondere aus dem Automobilbereich sind Kegelradgetriebe oder Hypoid-Radsätze bekannt, die zur Übertragung einer Motor-Drehbewegung auf die Antriebsräder verwendet werden. Die Herstellungskosten solcher Verbindungen sind hoch, nicht zuletzt wegen des hohen Materialaufwands und der Komplexität der Herstellungsprozesse.Connections for transmitting rotational movements and torques between rotary shafts whose axes of rotation are not parallel, i. are inclined to each other, are often used in mechanical engineering. In particular from the automotive sector bevel gear or hypoid gear sets are known which are used for transmitting a motor rotary motion to the drive wheels. The manufacturing costs of such compounds are high, not least because of the high cost of materials and the complexity of the manufacturing processes.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer Verbindung einer Rotationswelle mit einem kraftübertragenden Rotationselement, vorzugsweise einem Kegelrad, hinsichtlich einer verbesserten Kraftübertragung und Herstellung weiterzuentwickeln und eine entsprechende Verbindung bereitzustellen.The invention has for its object to further develop the production of a compound of a rotary shaft with a force-transmitting rotary member, preferably a bevel gear, in terms of improved power transmission and manufacturing and provide a corresponding connection.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der Weiterbildungen können, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombiniert werden.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims. The features of the developments can, as far as technically feasible, be combined.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung einer Rotationswelle mit einem kraftübertragenden Rotationselement, vorzugsweise einem Kegelrad oder gegebenenfalls einem Zahnrad. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Schmieden der Rotationswelle und des Rotationselements, wobei das Rotationselement eine Öffnung zum Aufnehmen der Rotationswelle aufweist;
- b) Pressen der Rotationswelle in die Öffnung des Rotationselements derart, dass ein erster Einführbereich der Rotationswelle in einen zweiten Einführbereich des Rotationselements eingeführt wird.
- a) forging the rotary shaft and the rotary member, the rotary member having an opening for receiving the rotary shaft;
- b) pressing the rotation shaft into the opening of the rotation member such that a first insertion portion of the rotation shaft is inserted into a second insertion portion of the rotation member.
Das Schmieden umfasst sämtliche bekannte Schmiedearten, wie Kalt-Schmieden, Halbwarm-Schmieden oder Warm-Schmieden. Der Einführbereich ist gleichbedeutend mit einem Penetrationsbereich.Forging includes all known types of forging, such as cold forging, hot forging or hot forging. The insertion area is synonymous with a penetration area.
Der Schritt a) wird dabei derart ausgeführt, dass eine Länge oder axiale Ausdehnung des zweiten Einführbereichs des Rotationselements mit einer Länge oder axialen Ausdehnung der Öffnung übereinstimmt. The step a) is carried out such that a length or axial extent of the second insertion region of the rotary element coincides with a length or axial extent of the opening.
Das heißt, dass die Rotationswelle in die Öffnung des Rotationselements bis zum Anschlag vollständig eingeschoben ist. Vorzugsweise wird damit die Rotationswelle bis an ein axiales Ende der Öffnung, an dem sich ein Stirnelement des Rotationselements befindet, eingeschoben, so dass die Öffnung bzw. der Hohlraum des Rotationselements über ihre gesamte Länge oder axiale Ausdehnung durch einen entsprechenden Teil der Rotationswelle ausgefüllt wird.That is, the rotary shaft is fully inserted into the opening of the rotary member until it stops. Preferably, the rotary shaft is thus inserted as far as an axial end of the opening on which there is an end element of the rotation element, so that the opening or the cavity of the rotation element is filled over its entire length or axial extent by a corresponding part of the rotation shaft.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung von einer Rotationswelle und einem kraftübertragenden Rotationselement, vorzugsweise einem Kegelrad. Another aspect of the invention relates to an arrangement of a rotary shaft and a force-transmitting rotary member, preferably a bevel gear.
Die Anordnung umfasst dabei folgende Merkmale:
- – das Rotationselement weist eine Öffnung zum Aufnehmen der Rotationswelle auf;
- – ein erster Einführbereich der Rotationswelle ist in einen zweiten Einführbereich des Rotationselements eingeführt;
- – eine Länge oder axiale Ausdehnung des zweiten Einführbereichs des Rotationselements stimmt mit einer Länge oder axialen Ausdehnung der Öffnung des Rotationselements überein.
- - The rotation member has an opening for receiving the rotary shaft;
- A first insertion portion of the rotary shaft is inserted in a second insertion portion of the rotary member;
- A length or axial extent of the second insertion region of the rotation element coincides with a length or axial extent of the opening of the rotation element.
Der erste Einführbereich der Rotationswelle bezeichnet einen Bereich der Rotationswelle, insbesondere einen Bereich einer Außenfläche der Rotationswelle, vorzugsweise einen axialen Bereich der Rotationswelle, der in einem in das Rotationselement eingeführten Zustand der Rotationswelle mit dem Rotationselement in Kontakt steht.The first insertion portion of the rotation shaft means a portion of the rotation shaft, more specifically, a portion of an outer surface of the rotation shaft, preferably an axial portion of the rotation shaft which is in contact with the rotation member in a state of the rotation shaft inserted into the rotation member.
Der zweite Einführbereich des Rotationselements bezeichnet einen Bereich des Rotationselements, insbesondere einen Bereich einer Innenfläche des Rotationselements, vorzugsweise einen axialen Bereich des Rotationselements, der in einem in das Rotationselement eingeführten Zustand der Rotationswelle mit der Rotationswelle in Kontakt steht.The second lead-in area of the rotation element denotes a portion of the A rotary member, in particular a portion of an inner surface of the rotary member, preferably an axial portion of the rotary member which is in a state of the rotary shaft inserted into the rotary member in contact with the rotary shaft.
Rotationswelle und Rotationselement, oder erster Einführbereich der Rotationswelle und zweiten Einführbereich des Rotationselements, können derart geformt sein, dass Rotationswelle und Rotationselement in azimutaler und/oder axialer Richtung form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Damit können Rotationswelle und Rotationselement drehfest und/oder axialfest miteinander verbunden sein oder werden.Rotary shaft and rotary member, or first insertion of the rotary shaft and second insertion of the rotary member may be formed such that rotary shaft and rotary member in the azimuthal and / or axial direction are positively and / or non-positively connected. Thus rotational shaft and rotational element can be rotatably and / or axially fixed to each other or be.
Die Einführung der Rotationswelle über die gesamte Länge des Hohlraums bzw. der Öffnung des Rotationselements ermöglicht eine äußerst effektive Verwertung der verfügbaren Geometrie des Rotationselements für eine Kraftübertragung zwischen Rotationswelle und Rotationselement. Gegenüber bekannten Verbindungen, bei denen sich die Kegelradwelle nicht bis zur inneren Stirnseite des Hohlraums erstreckt, wird dadurch vorteilhafterweise eine Verbindung zwischen Rotationswelle und Rotationselement ermöglicht, die eine Übertragung höherer Drehmomente zulässt.The introduction of the rotary shaft over the entire length of the cavity or the opening of the rotary member allows a very effective utilization of the available geometry of the rotary member for a power transmission between the rotary shaft and rotary member. Compared to known compounds in which the bevel gear shaft does not extend to the inner end side of the cavity, this advantageously allows a connection between the rotation shaft and the rotation element, which allows transmission of higher torques.
Der Schritt a) kann derart ausgeführt werden, dass eine Außenfläche der Rotationswelle gegenüber einer Innenfläche des Rotationselements, zumindest in den Einführbereichen, ein Übermaß hat, vorzugsweise zum Herstellen einer axialen dauerfesten Pressverbindung zwischen der Rotationswelle und dem Rotationselement mit einer Abzugsfestigkeit größer als 50, 60 oder 70 KN, wobei insbesondere keine lediglich zur Fixierung des Rotationselements an der Rotationswelle bestimmte Pressverbindung hergestellt wird.The step a) may be performed such that an outer surface of the rotary shaft has an excess over an inner surface of the rotary member, at least in the lead-in areas, preferably for producing an axial permanent press joint between the rotary shaft and the rotary member having a peel strength greater than 50, 60 or 70 KN, wherein in particular no particular only for fixing the rotary member on the rotary shaft certain press connection is made.
Das Übermaß zwischen der Außenfläche der Rotationswelle und der Innenfläche des Rotationselements bedeutet, dass ein Außenradius der Rotationswelle oder Radius der Außenfläche der Rotationswelle zumindest bereichsweise größer als ein Innenradius des Rotationselements oder ein Radius der Innenfläche des Rotationselements ist. Sofern die Außenkontur der Rotationswelle, jedenfalls in den Einführbereichen, nicht kreisförmig ausgebildet ist, so bedeutet „Übermaß“, dass die Außenfläche der Rotationswelle gegenüber der ggf. teilweise an die Außenkontur der Rotationswelle angepasste Kontur der Innenfläche des Rotationselements größer ist.The excess between the outer surface of the rotary shaft and the inner surface of the rotary member means that an outer radius of the rotary shaft or radius of the outer surface of the rotary shaft is at least partially larger than an inner radius of the rotary member or a radius of the inner surface of the rotary member. If the outer contour of the rotation shaft, at least in the insertion areas, is not circular, "oversize" means that the outer surface of the rotation shaft is larger than the contour of the inner surface of the rotation element which may be partially adapted to the outer contour of the rotation shaft.
Das Übermaß kann dadurch erzeugt werden, dass die Außenfläche der Rotationswelle mindestens zwei, drei oder sechs, Fixierelemente aufweist, die als Erhebungen der Außenfläche der Rotationswelle, insbesondere als in eine axiale Richtung der Rotationswelle längliche Strukturen, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise eine Materialhärte der Fixierelemente größer ist als eine Materialhärte der Innenfläche des Rotationselements. The oversize can be generated by the fact that the outer surface of the rotary shaft has at least two, three or six fixing elements, which are formed as elevations of the outer surface of the rotary shaft, in particular as elongate structures in an axial direction of the rotary shaft, wherein preferably a material hardness of the fixing elements is greater than a material hardness of the inner surface of the rotary member.
Die jeweiligen Fixierelemente können vorzugsweise gleiche Parameter haben und/oder zueinander äquidistant angeordnet sind, insbesondere in azimutaler Richtung, d.h. entlang eines Umfangs der Rotationswelle. Damit kann die Rotationswelle besser zentriert werden beim Einschieben der Rotationswelle in das Rotationselement, so dass der erhaltene Drehkörper weitgehend unwuchtfrei ist.The respective fixing elements may preferably have the same parameters and / or be arranged equidistant from each other, in particular in the azimuthal direction, i. along a circumference of the rotary shaft. Thus, the rotation shaft can be better centered when inserting the rotary shaft in the rotation element, so that the resulting rotary body is largely unbalance.
Die Erhebungen der Außenfläche der Rotationswelle können gegebenenfalls als Außenrändel ausgebildet sein. Fixierelemente haben allerdings gegenüber Außenrändeln den Vorteil, in einem in das Rotationselement eingeführten Zustand der Rotationswelle eine deutlichere, stärkere und ausgeprägtere Verzahnung zwischen der Rotationswelle und dem Rotationselement zu bilden und damit eine Übertragung höherer Drehmomente zu ermöglichen. Die Erhebungen haben dabei einen gegenüber dem Radius der Rotationswelle um ca. 2–10%, bevorzugt 5–8% vergrößerten Radius.The elevations of the outer surface of the rotary shaft may optionally be formed as Außenrändel. However, fixing elements have the advantage over Außenrändeln to form a clearer, stronger and more pronounced toothing between the rotary shaft and the rotary member in an introduced into the rotary member state of the rotary shaft and thus to allow transmission of higher torques. The elevations have a relative to the radius of the rotary shaft by about 2-10%, preferably 5-8% enlarged radius.
Das Reibschweißen im Fall i) hat gegenüber dem Fall ii) den Vorteil, dass es mit einem geringeren Kraftaufwand ausgeführt werden kann, da im Fall i) die aneinander geriebenen Flächen eine geringere Ausdehnung als im Fall ii) haben.The friction welding in case i) has the advantage over the case ii) that it can be carried out with less force, as in case i) the surfaces rubbed against each other have a smaller extension than in case ii).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Rotationswelle, zumindest in dem ersten Einführbereich, einen Querschnitt mit einer rotationsasymmetrischen Außenkontur haben. Vorzugsweise ist eine rotationsasymmetrische Außenkontur polygonförmig oder zumindest nicht kreisförmig bzw. teilkreisförmig, z.B. teilkreisförmig mit Rillen oder Nuten, die zwischen den Teilkreisabschnitten regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sind. Damit können Rotationswelle und Rotationselement in azimutaler und/oder axialer Richtung form- und/oder kraftschlüssig, vorzugsweise drehfest und/oder axialfest, miteinander verbunden sein. According to a further embodiment, the rotary shaft, at least in the first insertion region, have a cross section with a rotationally asymmetric outer contour. Preferably, a rotationally asymmetric outer contour is polygonal or at least not circular or part-circular, e.g. part-circular with grooves or grooves which are arranged regularly or irregularly between the pitch circle sections. Thus rotational shaft and rotational element in the azimuthal and / or axial direction positively and / or non-positively, preferably rotationally fixed and / or axially fixed to each other.
Eine Rotationswelle mit rotationsasymmetrischer Querschnitts-Außenkontur ermöglicht eine vorteilhafte, vorzugsweise als Verzahnung anzusehende, form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Rotationswelle und Rotationselement, wodurch noch höhere Drehmomente übertragen werden können.A rotational shaft with rotationally asymmetric cross-sectional outer contour allows an advantageous, preferably as a toothing, positive and / or non-positive connection between the rotary shaft and rotation element, whereby even higher torques can be transmitted.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Rotationswelle als eine Hohlwelle hergestellt werden, wobei die Rotationswelle über ihre gesamte axiale Ausdehnung, oder nur bereichsweise, hohl ist. Dabei kann die Rotationswelle i) hohl geschmiedet oder ii) voll geschmiedet und hohl gebohrt werden. Die Rotationswelle kann auch mittels iii) Napfen oder Napf-Fließpressen, oder iv) mittels einer Kombination aus Napfen und Bohren hergestellt werden. In diesem Fall kann der Schritt a) derart ausgeführt werden, dass der erste Einführbereich der Rotationswelle mit dem Stirnelement des Rotationselements in einer axialen Richtung abgeschlossen wird, so dass sich die Rotationswelle über die gesamte axiale Ausdehnung der Öffnung des Rotationselements erstreckt. Damit weisen die Rotationswelle und das Rotationselement keinen gemeinsamen Hohlraum auf.According to one embodiment, the rotary shaft can be produced as a hollow shaft, wherein the rotary shaft is hollow over its entire axial extent, or only in regions. In this case, the rotary shaft i) hollow forged or ii) fully forged and hollow drilled. The rotary shaft can also be made by means of iii) cupping or cup extrusion, or iv) by means of a combination of cupping and drilling. In this case, the step a) may be performed such that the first insertion portion of the rotary shaft is closed with the end member of the rotary member in an axial direction, so that the rotary shaft extends over the entire axial extent of the opening of the rotary member. Thus, the rotation shaft and the rotation element have no common cavity.
Eine, zumindest teilweise, hohle Rotationswelle kann vorteilhafterweise mit geringerem Materialaufwand und damit kostengünstiger hergestellt werden als eine Vollwelle. One, at least partially, hollow rotary shaft can be advantageously produced with less material and thus more cost-effective than a solid shaft.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat folgende Dimensionen:
- – die äußere axiale Ausdehnung der
Rotationswelle 10 beträgt 160 bis 180 mm, bevorzugt etwa 169 mm; - – die innere axiale Ausdehnung der Rotationswelle
10 (Länge des Hohlraums10.1 der Rotationswelle10 ) beträgt 125 bis 145 mm, bevorzugt etwa 135 mm; - – der Außendurchmesser der
Rotationswelle 10 in einem axialen Bereich nahe zumRotationselement 12 beträgt 33 bis 53 mm, bevorzugt etwa 42,8 mm; - – der Innendurchmesser der
Rotationswelle 10 in einem axialen Bereich nahe zumRotationselement 12 beträgt 18 bis 38 mm, bevorzugt etwa 28 mm; - – der maximale Außendurchmesser des
Rotationselements 12 beträgt 100 bis 120 mm, bevorzugt etwa 109 mm.
- - The outer axial extent of the
rotary shaft 10 is 160 to 180 mm, preferably about 169 mm; - - The inner axial extent of the rotary shaft
10 (Length of the cavity10.1 the rotary shaft10 ) is 125 to 145 mm, preferably about 135 mm; - - The outer diameter of the
rotary shaft 10 in an axial region close to therotation element 12 is 33 to 53 mm, preferably about 42.8 mm; - - The inner diameter of the
rotary shaft 10 in an axial region close to therotation element 12 is 18 to 38 mm, preferably about 28 mm; - - The maximum outer diameter of the
rotary member 12 is 100 to 120 mm, preferably about 109 mm.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the drawings. The same reference numbers refer to the same or corresponding elements. The features of various embodiments may be combined. Show it:
Ein erster Einführbereich
Ein zweiter Einführbereich
Eine Kraft F wird auf die Rotationswelle
Die Rotationswelle
In
Sie dient in erster Linie zur Gewichtsersparnis, hat aber auch einen weiteren vorteilhaften Effekt:
Sobald die Rotationswelle nach einem der vorbeschriebenen Verfahren in das Rotationselement eingeführt wurde, kann der Rand
Once the rotation shaft has been introduced into the rotating element according to one of the above-described methods, the edge can
Hier ist auch eine axiale Ausnehmung
In dem azimutalen Raum zwischen den Einbuchtungen
Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren oder die Anordnung von Rotationswelle
Der Schritt a) wird derart ausgeführt, dass eine Außenfläche der Rotationswelle gegenüber einer Innenfläche des Rotationselements
Die Rotationswelle
Die Rotationswelle
Die Rotationswelle
Die Rotationswelle
Die Rotationswelle
Der Schritt a) wird derart ausgeführt, dass der erste Einführbereich
Das Rotationselement
Das Rotationselement
Die Rotationswelle
Die Rotationswelle
Die Herstellung der Rotationswelle
Nach dem Schritt a) wird der Schritt ausgeführt: Kalibrieren der Rotationswelle
An einer lateralen Stirnfläche des Rotationselements
Eine Außenfläche der Rotationswelle
Die Rotationswelle
Das Rotationselement
Die Rotationswelle
Die Querschnitts-Außenkontur
Die Rotationswelle
Die Querschnitts-Außenkontur
Die Außenfläche der Rotationswelle
Eine Innenfläche des Rotationselements
Der Außenquerschnitt der Rotationswelle
Die Querschnitts-Außenkontur
Das Rotationselement
Um eine verbesserte axiale Abzugsfestigkeit zu gewährleisten, wird in einem weiteren Schritt der Rand
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotationswelle rotary shaft
- 10.110.1
- Hohlraum der Rotationswelle Cavity of the rotary shaft
- 10.210.2
- erster Einführbereich der Rotationswelle first insertion area of the rotary shaft
- 10.310.3
- Querschnitts-Außenkontur der Rotationswelle Cross-sectional outer contour of the rotary shaft
- 10.410.4
- Erhebung, Fixierelement der Rotationswelle Elevation, fixing element of the rotary shaft
- 1212
- Rotationselement rotating member
- 12.112.1
- Öffnung des Rotationselements Opening of the rotary element
- 12.212.2
- zweiter Einführbereich des Rotationselements second insertion region of the rotary element
- 12.312.3
- Querschnitts-Innenkontur des Rotationselements Cross-sectional inner contour of the rotary element
- 12.412.4
- Einbuchtung des Rotationselements Dent of the rotary element
- 12.512.5
- umlaufende Ausnehmung des Rotationselements circumferential recess of the rotary element
- 12.612.6
- axiale Ausnehmung des Rotationselements axial recess of the rotary element
- 12.712.7
- axiales Ende des Rotationselements axial end of the rotary element
- 12.812.8
- Stirnelement des Rotationselements End element of the rotary element
- 12.9 12.9
- Randedge
- FF
- Presskraft pressing force
- RR
- Rotationsbewegung rotational motion
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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WO2023123330A1 (en) * | 2021-12-28 | 2023-07-06 | 温岭市福荣齿轮有限公司 | Loosening-preventing high-strength bevel gear shaft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102016118116B4 (en) | 2019-08-01 |
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