DE19609430A1

DE19609430A1 - Verbindung einer Welle mit einer Nabe

Info

Publication number: DE19609430A1
Application number: DE1996109430
Authority: DE
Inventors: Rudolf Hoerburger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung einer Welle mit einer Nabe mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von An spruch 1.

Es ist allgemein bekannt, eine Welle und eine Nabe durch Schrumpfen drehfest zu verbinden. Dabei wird die Pas sung der Teile mit einem Übermaß hergestellt. Vor der Mon tage der beiden Teile wird die Nabe erwärmt und die Welle, sofern es erforderlich ist, abgekühlt. So entsteht nach der Montage bei normaler Umgebungstemperatur ein Preßsitz. Ent sprechend den zu erwartenden Belastungen muß das Übermaß der Passung und damit die Pressung ausgelegt werden, was zu hohen Restspannungen, vor allem in der Nabe, führt. Diese werden durch Spannungen unter Last überlagert, so daß bei Zahnrädern die zulässigen Werte für die Zahnfußspannungen überschritten werden können. Durch elastische oder plasti sche Verformung der beiden Teile unter Überlastung, wie sie bei Schwingungen, Temperatureinflüssen auftreten können, oder durch Alterung der Werkstoffe kann sich der Schrumpf verband kurzfristig lösen, und es entsteht ein sogenannter Mikroschlupf, bei dem sich die Nabe geringfügig, vor allem in Umfangsrichtung gegenüber der Welle, verschiebt.

Ist die genaue Position der Nabe zur Welle besonders wichtig, kann ein solcher Mikroschlupf nicht toleriert wer den. Zum Beispiel müssen die Zahnräder bei Getrieben mit mehreren Vorgelegewellen sehr genau positioniert werden, damit sich die Last gleichmäßig auf die Leistungszweige verteilt. Formschlüssige Verbindungen, z. B. Nut und Feder, Polygonwellen, Keilwellen usw., vermeiden sowohl den Mikro schlupf als auch die Restspannungen. Sie können aber bei der geforderten hohen Präzision nur mit großem Aufwand her gestellt werden. Ferner beeinflussen sie den Kerb- und Formfaktor der Bauteile ungünstig.

Aus der DE-A1 42 04 814 ist es bekannt, ein Zahnrad mit einer Welle mit einem Schiebesitz, einem Haftsitz oder einem Festsitz zusammenzufügen und dabei mit einem Ein- oder Zweikomponentenkleber zu verkleben. Die Klebeverbin dung läßt ein reduziertes Übermaß mit geringeren Restspan nungen zu und verhindert gleichzeitig den Mikroschlupf. Allerdings ist es schwierig, das Klebemittel in den Spalt einzubringen, da es bei der Montage der Nabe wieder von der Welle abgestreift wird. Außerdem verbleibt nur wenig Zeit, um die Teile zueinander auszurichten, da das Klebemittel infolge der erhöhten Temperatur der Nabe schnell aushärtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eine Nabe auf einer Welle unter Verwendung einer Schrumpf- und Klebeverbindung zu erleichtern.

Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Nabe wird nach folgendem Verfahren montiert. Zu nächst wird sie erwärmt, dann auf die Welle aufgeschoben und grob ausgerichtet. Durch einen Kanal wird Klebemittel unter hohem Druck in die Verbindungsfuge gepreßt. Dadurch wird der Festsitz zwischen Nabe und Welle soweit reduziert, daß sich die Nabe verdrehen und fein ausrichten läßt. Nach dem Abbinden bzw. Aushärten des Klebemittels erreicht die Verbindung ihre endgültige Festigkeit, die bei anaerob-här tenden Klebstoffen ca. 30% über der der einfachen Schrumpfverbindung liegt. Anaerob-härtende Klebstoffe sind Klebemittel auf Basis geeigneter Dimethacrylsäureester und Hydroperoxide, die unter Metallkatalyse und Luftabschluß aushärten.

Sind mehrere Naben auf einer Welle zu fixieren, wird das Klebemittel zweckmäßig über eine axiale Bohrung in der Welle zugeführt, die über eine oder mehrere radiale Bohrun gen je Nabe mit den entsprechenden Verbindungsfugen verbun den sind.

Die Kanäle oder Bohrungen münden vorteilhaft in Nuten oder Taschen, die zu den Verbindungsfugen offen sind und das Klebemittel sowohl in Umfangsrichtung als auch in axia ler Richtung verteilen. Ein ähnlicher Effekt läßt sich durch eine Erweiterung der Verbindungsfuge zur Mitte hin erzielen, z. B. durch eine konkave Gestaltung des Naben- oder Wellensitzes.

Da in der Regel bei Zahnradgetrieben die Leistung nur über ein Zahnrad einer Welle übertragen wird und nicht über mehrere gleichzeitig, kann der Sitz des jeweils nicht bela steten Zahnrades zur Übertragung des Drehmoments genutzt werden, wenn sich die Verbindungsfugen benachbarter Naben axial überlappen. Dadurch erhält man auf kleinem Raum eine große Fläche zur Drehmomentübertragung.

Es ist wichtig zu kontrollieren, daß die ganze Verbin dungsfuge mit Klebemittel gefüllt ist, z. B. dadurch, daß man darauf achtet, wann seitlich aus der Verbindungsfuge Klebemittel austritt. Das austretende Klebemittel wird da bei abgesaugt und später wiederverwendet. Besondere Kon trollkanäle, die von einem inneren Bereich der Verbindungs fuge zu einer einsehbaren Stelle führen, erleichtern die Überwachung des Klebevorgangs. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Klebemittelverbrauch zu überwachen, z. B. mittels einer Dosierpumpe oder Dosierkolbens. Hierbei kann der Kolbenhub als Maß für den Klebemittelverbrauch herangezogen werden.

Sollen mehrere Naben nacheinander montiert werden, wird nach einer Ausgestaltung des Verfahrens eine Sonde in die axiale Bohrung bis zu der entsprechenden radialen Boh rung dichtend eingeführt und das Klebemittel über die Sonde eingepreßt.

Ein weiteres Verfahren, das Klebemittel einzubringen, besteht darin, daß Dosierkolben nacheinander dichtend in die axiale Bohrung der Welle eingeführt werden und eine definierte Menge Klebemittel in die jeweilige Verbindungs fuge pressen. Wenn die Kolben richtig bemessen werden, kön nen sie nach dem Aushärten des Klebemittels in der axialen Bohrung zwischen den radialen Bohrungen verbleiben.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahl reiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrie ben. Der Fachmann wird die kombinierten Merkmale zweckmäßi gerweise im Sinne der zu lösenden Aufgaben auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam menfassen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorgelegewelle mit mehreren erfindungs gemäß befestigten Zahnrädern im Längs schnitt;

Fig. 2 eine Vorgelegewelle mit einer axialen Boh rung und radialen Bohrungen;

Fig. 3 eine Vorgelegewelle mit einer Sonde in der axialen Bohrung und

Fig. 4 eine Vorgelegewelle mit einem Dosierkolben.

Auf einer Welle 1, einer Vorgelegewelle eines Getrie bes mit mehreren Vorgelegewellen, sind drei Zahnräder 2, 3 und 4 mit ihren Naben 7, 8 und 9 aufgeschrumpft, das bedeu tet, daß ihre Passungen mit der Welle 1 als Übermaß gefer tigt sind und sie bei der Montage auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht werden. Aufgrund des Übermaßes stellt sich nach der Abkühlung ein Festsitz ein. Deshalb werden die Zahnräder bereits beim Aufschrumpfen grob ausge richtet. Zwei weitere Zahnräder 5 und 6 sind unmittelbar an der Welle 1 angeformt.

Die Naben 7, 8, und 9 haben Kanäle 10, 11 und 12 in Form von Bohrungen, durch die nach dem Aufschrumpfen Klebe mittel, z. B. anaerob-härtender Kunststoff, unter hohem Druck der Verbindungsfuge 16, 27 und 28 zugeführt wird. Dabei wird der Schrumpfsitz soweit gelockert, daß die Zahn räder 2, 3 und 4 fein nachjustiert, d. h. in die endgültige Position gebracht werden können. Verteilernuten 13, 14 und 15 verteilen das Klebemittel gleichmäßig in Umfangs richtung und in axiale Richtung. Dazu ist es zweckmäßig, wenn sich die Nut wie bei der Verteilernut 15 taschenförmig erweitert oder sich die Verbindungsfuge wie bei der Verbin dungsfuge 28 durch eine konkave Gestaltung des Naben- und/oder Wellensitzes zur Mitte hin geringfügig innerhalb des gewählten Übermaßes erweitert, damit ein Preßsitz erhalten bleibt.

Die Ausführung nach Fig. 2 weist anstatt der Kanäle 10, 11 und 12 eine axiale Bohrung 17 in der Welle 1 auf, von der radiale Bohrungen 18, 19 und 20 zu den Ver teilernuten 13, 14 und 15 führen.

Sollen die Zahnräder 2, 3 und 4 nacheinander ausge richtet und verklebt werden, kann der Kunststoff über eine Sonde 21 eingebracht werden. Diese wird in die axiale Boh rung 17 so tief hineingeführt, bis eine Querbohrung 22 am inneren Ende der Sonde 21 mit einer der radialen Bohrun gen 18, 19 oder 20 zur Deckung gebracht ist. Beiderseits der Querbohrung 22 ist der Spalt zwischen der axialen Boh rung 17 und der Sonde 21 mittels Ringdichtungen 23 und 24 abgedichtet. Verschiebt man die Sonde 21, können die Ver bindungsfugen nacheinander mit Klebemittel gefüllt werden.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der das Klebemittel mit einem Dosierkolben 25 eingepreßt wird, der in der axia len Bohrung 17 geführt ist. Der Kolbenhub ist dabei so ab gestimmt, daß eine ausreichende Menge Klebemittel in die Verbindungsfuge 16, 27 und 28 gelangt. Der Dosierkolben 25 kann nach dem Aushärten des Klebemittels zwischen den ra dialen Bohrungen 18, 19 und 20 in der axialen Bohrung 17 verbleiben. Eine Ringdichtung 26 dichtet den Spalt zwischen der axialen Bohrung 17 und dem Dosierkolben 25 ab.

Zwischen den benachbarten Zahnrädern 2 und 3 überlap pen sich die Verbindungsfugen 16 und 27 in axialer Rich tung. Dadurch erreicht man eine größere Klebefläche und eine festere Verbindung zur Übertragung höherer Dreh momente.

Der Klebevorgang kann überwacht werden, indem man den Austritt des Klebemittels an den Enden der Verbindungsfu gen 16, 27 und 28 beobachtet oder den Klebemittelverbrauch oder den Hub des Dosierkolbens 25 mißt. Ferner können be sondere Kontrollbohrungen 29 angebracht werden, durch die beobachtet werden kann, ob das Klebemittel bereits an kri tische Stellen gelangt ist.

Bezugszeichenliste

1 Welle
2 Zahnrad
3 Zahnrad
4 Zahnrad
5 Zahnrad
6 Zahnrad
7 Nabe
8 Nabe
9 Nabe
10 Kanal
11 Kanal
12 Kanal
13 Verteilernut
14 Verteilernut
15 Verteilernut
16 Verbindungsfuge
17 axiale Bohrung
18 radiale Bohrung
19 radiale Bohrung
20 radiale Bohrung
21 Sonde
22 Querbohrung
23 Ringdichtung
24 Ringdichtung
25 Dosierkolben
26 Ringdichtung
27 Verbindungsfuge
28 Verbindungsfuge
29 Kontrollbohrung

Claims

1. Verbindung einer Welle (1) mit einer Nabe (7, 8, 9), bei der die Nabe (7, 8, 9) auf die Welle (1) aufge schrumpft und durch Klebemittel zusätzlich befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) und/oder Nabe (7, 8, 9) einen Kanal (10, 11, 12) haben, durch den das Klebemittel in die Verbindungsfuge (16, 27, 28) gepreßt wird.

2. Verbindung nach Anspruch 1, bei der mehrere Naben (7, 8, 9) auf einer Welle (1) angeordnet sind, da durch gekennzeichnet, daß die Welle (1) eine axiale Bohrung (17) hat, von der zu jeder Nabe (7, 8, 9) ein oder mehrere radiale Bohrungen (18, 19, 20) führen.

3. Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (7, 8, 9) oder die Welle (1) eine an die Verbindungsfuge (16, 27, 28) angrenzende Verteilernut (13, 14) oder Verteilerta sche (15) haben, die mit dem Kanal (10, 11, 12) verbunden sind.

4. Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ver bindungsfuge (28) zur Mitte hin geringfügig erweitert.

5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenbohrung bzw. der Wellen sitz entsprechend konkav gestaltet ist.

6. Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindungsfuge (16, 27) benachbarter Naben (7, 8) axial überlappen.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Naben (7, 8, 9) vorgewärmt und
- auf der Welle (1) grob ausgerichtet werden,
- durch den Kanal (10, 11, 12) Klebemittel unter hohem Druck zugeführt wird, bis sich die Naben (7, 8, 9) bewegen lassen,
- die Naben (7, 8, 9) fein ausgerichtet werden und das Klebemittel aushärtet.

8. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemittel ein anaerob-härtender Klebstoff verwendet wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Verbindungsfuge (16, 27, 28) austretende Klebemittel abgesaugt und wiederverwendet wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebevorgang über Kontrollkanä le (29) überwacht wird, die von einem inneren Bereich der Verbindungsfuge (16, 27, 28) zu einer Oberfläche führen.

11. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der Klebevorgang anhand des Klebe mittelverbrauchs überwacht wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel durch einen Dosier kolben (25) eingepreßt wird und der Klebevorgang anhand des Kolbenhubs überwacht wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung von mehreren Naben (7, 8, 9) auf einer Welle (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel den Naben (7, 8, 9) nachein ander über eine rohrförmige Sonde (21) zugeführt wird, die dichtend und entsprechend tief in die axiale Bohrung (17) der Welle (1) eingeführt wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung von mehreren Naben (7, 8, 9) mit einer Welle (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die axiale Bohrung (17) der Welle (1) Dosierkol ben (25) dichtend gedrückt werden, die die entsprechende Menge an Klebemittel nacheinander durch die radialen Boh rungen (18, 19, 20) zu den Verbindungsfugen (16, 27, 28) der einzelnen Naben (7, 8, 9) pressen.

15. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkolben (25) kürzer sind als der axiale Abstand der radialen Bohrungen (18, 19, 20), so daß sie nach dem Aushärten des Klebemittels in der axialen Bohrung (17) ver bleiben können.