-
Vorliegende Erfindung betrifft eine kräfteübertragende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer kräfteübertragenden Verbindung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
-
Gegenwärtig gibt es in vielen Bereichen das Bestreben durch Einsparung von Gewicht, leichtgewichtigere Vorrichtungen zu erzeugen, um beispielsweise eine Energie zu reduzieren, die benötigt wird, um diese Vorrichtungen zu bewegen. Zum Beispiel gibt es im Bereich der Elektromobilität die Bestrebung, die Fahrzeuge möglichst leichtgewichtig zu gestalten, um eine Reichweite eines Elektrofahrzeugs zu erhöhen.
-
Um diese gewünschte Gewichtsreduktion zu erreichen, kann es neben der Bereitstellung von leichteren Komponenten auch notwendig sein, die Verbindungen zwischen zwei oder mehreren Komponenten leichtgewichtiger zu gestalten. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Verbindungselemente wie Bolzen, Schrauben, Muttern, etc. weggelassen werden und die Verbindungen zwischen den zwei oder mehreren Komponenten direkt, beispielsweise über eine Pressverbindung, erzeugt wird.
-
Bei einer Pressverbindung werden zwei Komponenten, wobei eine der beiden Komponenten ein Übermaß gegenüber der anderen Komponente aufweist, miteinander verpresst, um eine Verbindung zwischen den beiden Komponenten zu erreichen. Je größer das Übermaß zwischen den beiden Komponenten ist, desto größer kann die Kraft sein, die von der Pressverbindung übertragen werden kann. Allerdings ist es bei einem großen Übermaß notwendig, eine Schmierschicht zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente vorzusehen, die das Verpressen ermöglicht. Diese Schmierschicht bleibt jedoch zu einem gewissen Teil auch nach dem Verpressen der beiden Komponenten bestehen und kann sich nachteilig auf die Höhe der übertragbaren Kraft auswirken.
-
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine verbesserte Pressverbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Komponente bereitzustellen, die eine verbesserte Kraftübertragung ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine kräfteübertragende Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Ausbilden einer kräfteübertragenden Verbindung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
-
Im Folgenden wird eine kräfteübertragende Vorrichtung mit einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente, die mittels einer Pressverbindung miteinander verbunden sind, vorgestellt, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente ausgebildet sind, eine Kraft auf die jeweils andere Komponente zu übertragen. Insbesondere kann die erste und/oder zweite Komponente ein einzelnes Bauteil oder eine Gruppe von verschiedenen Bauteilen sein, die beispielsweise miteinander direkt oder indirekt verbunden sind. Zum Beispiel kann die erste Komponente eine Welle und die zweite Komponente eine Lagerung sein. Weiterhin weist die erste Komponente ein Übermaß gegenüber der zweiten Komponente auf.
-
Um die zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente übertragbare Kraft zu erhöhen, ist zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente eine während des Zusammenbaus als Schmierschicht dienende Klebstoffschicht vorgesehen. Während des Zusammenbaus wirkt der Klebstoff als Schmierschicht bzw. Schmierfilm, die bzw. der die Pressverbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erleichtert, indem ein Reibwert zwischen der ersten und zweiten Komponente reduziert wird. Nach dem Zusammenbau erhöht sich der Reibwert zwischen der ersten und der zweiten Komponente wieder, da sich die Kohäsion und Adhäsion des Klebstoffes ausbildet, so dass die von der Pressverbindung übertragbare Kraft, insbesondere im Vergleich zu einer herkömmlichen Pressverbindung, vergrößert wird.
-
Bevorzugt weist die erste Komponente ein Übermaß, insbesondere ein Übermaß entsprechend den Definitionen, die beispielsweise in DIN 7190 angegeben sind, von mindestens 5‰, bevorzugt zwischen 8%o und 15‰, auf. Dies ermöglicht, eine Normalkraft, die in der Pressverbindung zwischen der ersten und der zweiten Komponente wirkt, zu erhöhen und dadurch die von der ersten Komponente auf die zweite Komponente übertragbare Kraft zu erhöhen.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein die Klebstoffschicht bildender Klebstoff ein aushärtender Klebstoff, insbesondere ein selbstaushärtender Klebstoff. Dies ermöglicht, den Reibwert zwischen der ersten und der zweiten Komponente nach dem Fügen der beiden Komponenten zu erhöhen. Vorteilhafterweise ist der Klebstoff dazu geeignet, in der Pressfuge auszuhärten. Bevorzugt ist der Klebstoff ein chemisch und/oder anaerob aushärtender Klebstoff, wie beispielsweise ein Epoxidklebstoff oder ein Fügeklebstoff. Alternativ oder zusätzlich kann auch Wärme eingesetzt werden, um das Aushärten des Klebstoffs zu fördern.
-
Weiterhin kann die erste Komponente hohl sein, wodurch die erste Komponente leichtgewichtiger gestaltet werden kann. Ferner kann die erste Komponente bevorzugt eine zylindrische oder konische Form aufweisen. Insbesondere hat eine konusförmige Form den Vorteil, dass eine Zentrierung der ersten Komponente in der zweiten Komponente erleichtert wird.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Oberfläche der ersten und/oder zweiten Komponente, die beim Verbinden mit der anderen Komponente in Kontakt kommt, oberflächenbehandelt und/oder weist einen erhöhten Reibwert auf. Beispielsweise ist die Oberfläche phosphatiert, geätzt, verzinkt und/oder gestrahlt, insbesondere sand- und/oder kugelgestrahlt. Dies ermöglicht den Reibwert der Oberfläche in dem Bereich zu erhöhen, der mit der anderen Komponente in Kontakt kommt, wodurch die von der Pressverbindung übertragbare Kraft erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Klebstoff dazu ausgebildet sein, die Oberfläche anzurauen und/oder den Reibwert der Oberfläche zu erhöhen. Beispielsweise kann der Klebstoff ätzende Eigenschaften haben und/oder ein gefüllter Klebstoff sein, d.h. ein Klebstoff sein, der mit weiteren Substanzen, insbesondere den Reibwert erhöhenden Substanzen, gefüllt ist.
-
Bevorzugt ist die Kraft, die von der ersten auf die zweite Komponente übertragen wird, ein Drehmoment. Bei herkömmlichen Pressverbindungen, bei denen die Schmierschicht aus einem Schmierstoff oder dergleichen gebildet ist, kann diese Schmierschicht die maximal von einer Pressverbindung übertragbare Kraft bzw. das maximal übertragbare Drehmoment limitieren. Daher kann eine herkömmliche Pressverbindungen bei bestimmten Anwendungen nicht eingesetzt werden, weil die von der Pressverbindung übertragbare Kraft geringer ist als die für die angedachte Anwendung erforderliche Kraft. Im Gegensatz dazu ist bei der beschriebenen Vorrichtung jedoch die maximal übertragbare Kraft bzw. das maximal übertragbare Drehmoment erhöht, so dass vorteilhafterweise die beschriebene Vorrichtung auch in einer Antriebswelle eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Insbesondere kann bei der beschriebenen Vorrichtung bei gegebenen Abmessungen das übertragbare Drehmoment im Wesentlichen verdoppelt werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer kräfteübertragenden Verbindung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:
- Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Komponente, wobei die erste Komponente ein Übermaß gegenüber der zweiten Komponente aufweist,
- Aufbringen eines Schmiermittels auf die erste und/oder die zweite Komponente, wobei das Schmiermittel ein Klebstoff ist, und
- Pressverbinden der ersten und zweiten Komponente.
-
Bevorzugt weist das Verfahren ferner ein Behandeln der Oberfläche der ersten und/oder zweiten Komponente im Bereich der auszubildenden Pressverbindung auf, um einen Reibwert der Oberfläche zu erhöhen. Dies ermöglicht eine größere Kraftübertragung zwischen der ersten und der zweiten Komponente. Dabei kann das Behandeln der Oberfläche ein Phosphatieren, ein Ätzen, ein Verzinken und/oder ein Strahlen, insbesondere Sand-und/oder Kugelstrahlen umfassen.
-
Gemäß einer weiten bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Aushärten des Klebstoffs auf. Dabei kann vorzugsweise ein aushärtender Klebstoff, insbesondere ein selbstaushärtender Klebstoff eingesetzt werden. Vorteilhafterweise ist der Klebstoff dazu geeignet, in der Pressfuge auszuhärten. Bevorzugt ist der Klebstoff ein chemisch und/oder anaerob aushärtender Klebstoff, wie beispielsweise ein Epoxidklebstoff oder ein Fügeklebstoff. Alternativ oder zusätzlich kann auch Wärme eingesetzt werden, um das Aushärten des Klebstoffs zu fördern. Dies ermöglicht auf zuverlässige Weise das Ausbilden der Kohäsion und Adhäsion des Klebstoffs. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Klebstoff dazu ausgebildet sein, die Oberfläche anzurauen und/oder den Reibwert der Oberfläche zu erhöhen. Beispielsweise kann der Klebstoff ein gefüllter Klebstoff, d.h. ein Klebstoff sein, der mit weiteren Substanzen, insbesondere den Reibwert erhöhenden Substanzen, gefüllt ist. Das Aufbringen des Klebstoffs kann beispielsweise flächig oder linienförmig erfolgen.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
-
Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer kräfteübertragenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2: eine schematische Ansicht einer kräfteübertragenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und
- 3: ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ausbilden einer kräfteübertragenden Verbindung zwischen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente gemäß einer ersten Ausführungsform.
-
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, die dazu ausgebildet ist, eine Kraft, insbesondere ein Drehmoment, von einer ersten Komponente 2 auf eine zweite Komponente 4 zu übertragen. In der 1 ist die erste Komponente 2 eine konusförmige Hohlwelle und die zweite Komponente 4 eine Nabe, die eine Bohrung 6 aufweist. Der Konuswinkel der ersten Komponente 2 kann beispielsweise zwischen 1 und 89,5 Grad liegen. Alternativ kann die erste Komponente 2 auch eine zylindrische Form haben.
-
Um die Vorrichtung 1 zu bilden, werden die erste und die zweite Komponente 2, 4 mittels einer Pressverbindung miteinander verbunden, so dass die Kraft von der ersten Komponente 2 auf die zweite Komponente 4 und umgekehrt übertragen werden kann. Damit die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Komponente 2, 4 die Kraft übertragen kann, weist ein Durchmesser der ersten Komponente 2 ein Übermaß gegenüber der Bohrung 6 der zweiten Komponente 4 auf. In der 1 weist die erste Komponente 2 ein Übermaß von mindestens 5‰, bevorzugt zwischen 8 und 15‰, auf.
-
Um die von der ersten Komponente 2 auf die zweite Komponente 4 übertragbare Kraft zu erhöhen, ist zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponente 4 eine während des Zusammenbaus als Schmierschicht dienende Klebstoffschicht 8 vorgesehen. Die Klebstoffschicht 8 ist in der 1 insbesondere in dem Bereich aufgebracht, in dem der erste Komponente 2 und die zweite Komponente 4 sich nach dem Zusammenbau kontaktieren. Wie in der 1 gesehen werden kann, ist die Klebstoffschicht 8 sowohl auf der ersten Komponente 2 als auch auf der zweiten Komponente 4 aufgebracht. Alternativ kann auch nur einer der beiden Komponenten 2, 4 mit der Klebstoffschicht 8 versehen sein.
-
Während des Zusammenbaus wirkt der Klebstoff als Schmierschicht, die die Pressverbindung zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponente 4 erleichtert, indem ein Reibwert zwischen der ersten und zweiten Komponente 2, 4 durch die als Schmierschicht dienende Klebstoffschicht 8 reduziert wird. Nach dem Zusammenbau härtet der Klebstoff aus, so dass sich der Reibwert zwischen der ersten und der zweiten Komponente 2, 4 wieder erhöht und dadurch die von der Pressverbindung übertragbare Kraft, insbesondere im Vergleich zu einer herkömmlichen Pressverbindung, vergrößert wird.
-
Der für die Klebstoffschicht 8 eingesetzte Klebstoff ist ein aushärtender Klebstoff, so dass nach dem Zusammenbau der Reibwert zwischen der ersten und der zweiten Komponente 2, 4 durch das Aushärten erhöht wird. Beispielsweise kann der Klebstoff ein anaerob aushärtender Klebstoff und/oder ein chemisch aushärtender Klebstoff sein, wobei vorteilhafterweise Wärme eingesetzt werden kann, um das Aushärten des Klebstoffs zu fördern.
-
2 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Vorrichtung der 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung 1 der 1 darin, dass die Oberfläche 10 der ersten Komponente 2 und die Oberfläche 12 der zweiten Komponente 4, die beim Verbinden miteinander in Kontakt kommen, einen erhöhten Reibwert aufweisen. Dies kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Oberflächenbehandlung erreicht werden. Beispielsweise ist die Oberfläche phosphatiert, geätzt, verzinkt und/oder gestrahlt, insbesondere sand- und/oder kugelgestrahlt. In der 2 ist sowohl die Oberfläche 10 als auch die Oberfläche 12 oberflächenbehandelt. Alternativ kann auch nur eine der beiden Oberflächen 10, 12 behandelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Klebstoff dazu ausgebildet sein, die Oberfläche 10, 12 anzurauen und/oder den Reibwert der Oberflächen 10, 12 zu erhöhen. Beispielsweise kann der Klebstoff ätzende Eigenschaften haben und/oder ein gefüllter Klebstoff sein, d.h. ein Klebstoff sein, der mit weiteren Substanzen, insbesondere den Reibwert erhöhenden Substanzen, gefüllt ist.
-
3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ausbilden einer kräfteübertragenden Verbindung zwischen einer ersten Komponente 2 und einer zweiten Komponente 4. Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt S1 ein Bereitstellen der ersten und der zweiten Komponente 2, 4, wobei die erste Komponente 2 ein Übermaß gegenüber der zweiten Komponente 4 aufweist. Anschließend erfolgt in Schritt S2 ein Aufbringen eines Schmiermittels auf die erste und/oder die zweite Komponente 2, 4, wobei das Schmiermittel ein aushärtender Klebstoff ist. Das Aufbringen des Klebstoffs kann beispielsweise flächig oder linienförmig erfolgen.
-
Danach werden die erste und die zweite Komponente 2, 4 in einem Schritt S3 verpresst und schließlich härtet der Klebstoff in einem Schritt S4 aus. Um die maximale Kraft, die zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponente 4 übertragen werden kann, zu erhöhen, kann weiterhin das Verfahren ein Behandeln S5 der Oberflächen 10, 12 der ersten und/oder zweiten Komponente 2, 4 im Bereich der auszubildenden Pressverbindung aufweisen, um einen Reibwert der Oberflächen 10, 12 zu erhöhen. Dabei kann die Oberflächenbehandlung beispielsweise vor dem Aufbringen des Klebstoffes oder auch während des Aufbringens des Klebstoffes erfolgen. Beispielsweise indem ein Klebstoff eingesetzt wird, der dazu ausgebildet sein kann, die Oberfläche 10, 12 anzurauen und/oder den Reibwert der Oberflächen 10, 12 zu erhöhen.
-
Zusammenfassend kann durch das Verwenden einer Klebstoffschicht 8 als eine Schmierschicht, die das Verpressen der ersten und zweiten Komponente 2, 4 ermöglicht, die von der ersten Komponente 2 auf die zweite Komponente übertragbare Kraft, insbesondere ein Drehmoment erhöht werden. Dabei kann insbesondere ermöglicht werden, dass bei gegebenen Abmessungen die Kraft bzw. das Drehmoment, dass zwischen der ersten Komponente 2 und der zweiten Komponenten 4 übertragen werden kann, im Wesentlichen verdoppelt werden kann. Dies ermöglicht unter anderem die beschriebene Vorrichtung 1 bzw. das beschriebene Verfahren auch für Verbindungen in Fahrzeugen einzusetzen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- erste Komponente
- 4
- zweite Komponente
- 6
- Bohrung
- 8
- Klebstoffschicht
- 10, 12
- Oberflächenbereich
- S1 - S5
- Verfahrensschritte
