DE19620330A1

DE19620330A1 - Zahnradbefestigung auf einer Welle

Info

Publication number: DE19620330A1
Application number: DE19620330A
Authority: DE
Inventors: Karl Jauch; Juergen Rauter; Josef Bader; Hermann Auchter; Dieter Kneisz; Reinhard Kleemann; Rafael Tschirdewahn; Hubert Haensler; Pirmin Graf; Richard Hauenstein; Uwe Zippel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-11-27
Also published as: CN1219224A; JP2000511266A; WO1997044598A1; EP0898669A1; BR9709331A

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigung für ein Bau teil, insbesondere ein Zahnrad auf einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ebenso betrifft sie ein Ver fahren zur Herstellung einer derartigen Verbindung.

Drehmomentübertragende Wellen mit darauf angeordneten Bauteilen, wie beispielsweise Zahnrädern, sind insbesondere im Getriebebau weit verbreitet.

Zur Befestigung der Zahnräder auf den Wellen sind dem Fach mann bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt. Prin zipiell sind alle Welle-Nabe-Verbindungen dazu geeignet.

Unterscheidet man diese Verbindungen zunächst in ele mentare Welle-Nabe-Verbindungen und kombinierte Welle-Nabe- Verbindungen, so gehören zu den formschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen die Keilwellenverbindung, die Kerb zahnverbindung, Evolventenprofilverbindung, Polygonprofil verbindung, Paßfederverbindung und Stiftverbindung.

Zu den kraftschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen sind Preß- oder Schrumpfverbindung, Keilverbindung, Spann ringverbindung, Spannscheibenverbindung oder Sternscheiben verbindung zu zählen.

Zu stoffschlüssigen elementaren Welle-Nabe-Verbindungen zählen Schweißverbindung, Lötverbindung und Klebverbindung. Zu den kombinierten Welle-Nabe-Verbindungen gehören als nichtstoffschlüssige kombinierte Welle-Nabe-Verbindungen die Preß-Rändel-Verbindung und die Preßpunktschluß-Ver bindung. Weiterhin zählen zu den nichtstoffschlüssigen stoffschlüssigen kombinierten Welle-Nabe-Verbindungen die Preß-Kleb-Verbindung, die Preß-Preßlöt-Verbindung und die Preß-Schweiß-Verbindung.

Zu den stoffschlüssigen kombinierten Welle-Nabe-Verbin dungen ist die Löt-Schweiß-Verbindung zu zählen.

All diesen Verbindungsarten haftet der Nachteil an, daß sie Bewegungen der Bauteile auf der Welle nicht verhin dern können. Trotz optimierter Auslegungen treten bei spielsweise infolge von Lastspitzen Mikrowanderungen auf. Insbesondere bei Getrieben, bei denen exakte Zuordnungen der Verzahnungen verschiedener Zahnräder zueinander eine entscheidende Rolle spielen, müssen derartige Wanderungen der Zahnräder auf den Wellen unbedingt vermieden werden. Dies ist speziell bei Getrieben mit Lastverteilung auf zwei oder mehr Vorgelegewellen der Fall, hierbei ist für die gesamte Lebensdauer des Getriebes eine absolute Stellungs genauigkeit Voraussetzung.

Die bei derartigen Getrieben bekannte Technik des Ver schweißens der Bauteile mit der Welle weisen zwar eine gute stoffschlüssige Verbindung auf, jedoch ist damit der Nach teil einer größeren Toleranz, d. h. einem höheren Stel lungsfehler infolge eines thermischen Verzuges beim Schwei ßen, verbunden. Ebenfalls verwendete Paßfederverbindungen zeigen einen höheren Stellungsfehler sowie eine Schwächung von Welle und Nabe des Bauteils.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung und ein Verfahren zu ihrer Herstel lung aufzuzeigen, so daß eine absolut beständige Zuordnung der miteinander befestigten Teile gewährleistet wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kombination einer Schrumpfverbindung mit einer formschlüssigen Verbindung.

Zusätzlich zu dem Aufschrumpfen eines Bauteils auf eine Welle wird das Bauteil durch eine formschlüssige Ver bindung gehalten. Dadurch wird eine absolut sichere Vermei dung einer Verdrehung bzw. eines Mikrowanderns des Bauteils auf der Welle verhindert. Insbesondere wird mit dieser Ver bindungsart ein Zahnrad auf einer Welle in einem Getriebe befestigt.

Bei Getrieben mit Lastausgleich auf mehrere Vorgelege wellen ist auf diese Weise sichergestellt, daß eine beim Einbau vorgesehene Verzahnungseinstellung unterschiedlicher Zahnräder auf verschiedenen Wellen zueinander in einer ex akten Zuordnung für die gesamte Lebensdauer des Getriebes erhalten bleibt.

Einen besonderen Vorteil weist die Kombination einer Schrumpfverbindung mit einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Stiftverbindung, darin auf, daß die Wel le und die Zahnräder separat gefertigt werden können. Diese werden insbesondere für den Einsatz im Getriebebau einsatz gehärtet. Die separat gefertigten Bauteile können bei der Montage in einem Arbeitsgang stellungsgenau positioniert und miteinander verbunden werden.

In einer Ausgestaltungsvariante können die separat gefertigten Bauteile auch als Weichteile vor einem Härte prozeß miteinander verbunden werden, um dann anschließend als Verbund beispielsweise induktiv gehärtet zu werden.

Bei der Verwendung einer Stiftverbindung kann der ver wendete Stift in einer Alternative nur in die tragende Wel le eindringen, während er in einer zweiten Alternative die tragende Welle durchdringt und damit das auf der Welle ge tragene Bauteil, beispielsweise das Zahnrad, noch verdreh sicherer befestigt.

Die vorgeschlagene formschlüssige Verbindung weist insbesondere als Stiftverbindung eine hohe Stellungsgenau igkeit auf, weil ein thermischer Verzug der Bauteile nicht auftritt. Eine Schwächung von tragender Welle und getrage nem Bauteil im Bereich der Verbindung ist nicht gegeben. Bei der Stiftverbindung handelt es sich um ein Standard- Verbindungselement, das preisgünstig verwendet werden kann.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die Bauteile mit Hilfe der Technologien Hartbohren und Hartrei ben zu bearbeiten und damit die Bohrungen für die Stiftver bindungen herzustellen.

Die Erfindung wird durch Abbildungen näher beschrie ben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Form der Anordnung der Zahnräder auf der Welle und

Fig. 2 eine zweite Form der Anordnung der Zahnräder auf der Welle.

Fig. 1 zeigt eine Welle 2, die mit zwei Lagerungen 14 und 16 in einem hier nicht gezeigten Gehäuse gehalten ist. Auf der Welle 2 sitzt ein erstes Zahnrad 4, das mit einer Stiftverbindung 18 mit der Welle 2 formschlüssig verbunden ist. An das Zahnrad 4 schließt sich ein weiteres Zahnrad 6 an, das durch eine Stiftverbindung 20 formschlüssig mit der Welle 2 verbunden ist. Ein drittes Zahnrad 8 ist mit einer Stiftverbindung 22 mit der Welle 2 verbunden. Die Stiftver bindung 22 durchdringt die Welle 2 und endet in einer Boh rung 50 im Zahnrad 6, die der Einführungsbohrung 52 gegen überliegt.

Weitere Verzahnungen 10 und 12 für weitere Übersetzun gen sind unmittelbar auf der Welle ausgebildet, so daß sie in dieser Anordnung keine zusätzliche Verbindung brauchen. Alle Zahnräder 4, 6 und 8 sind auf der Welle 2 aufge schrumpft.

Zusätzliche Sicherungen 24, 26 und 28 halten die Stiftver bindungen 18, 20 und 22 sicher in ihren Bohrungen in den jeweiligen Zahnrädern. Eine solche Sicherung der Stiftver bindung ist auch durch ein Verstemmen der Stiftverbindung in der jeweiligen Bohrung zu erzielen.

Eine alternative Anordnung der Zahnräder zeigt die Fig. 2. Dabei sind die Zahnräder 6 und 8 aus Fig. 1 zu ei nem gemeinsamen doppelten Zahnrad 6 zusammengefaßt. Die Zahnräder 4 und 6 sind durch Stiftverbindungen 18 und 20 mit der Welle 2 formschlüssig verbunden, zusätzlich sind die Zahnräder 4 und 6 auch hier auf die Welle 2 aufge schrumpft. Verzahnungen 10 und 12 werden unmittelbar auf der Welle 2 gebildet. Durch Ausschnitte 30 im Zahnrad 4 und 32 im Zahnrad 6 sind die Stiftverbindungen 18 bzw. 20 in die Welle 2 bringbar. Je Zahnrad können mehrere Stift verbindungen vorgesehen sein, die beispielsweise auf dem Umfang der Welle 2 um 90 Grad oder 180 Grad versetzt ange ordnet sein können.

Als Stiftverbindung kann beispielsweise ein Kerbstift, ein Zylinderstift, ein abgesetzter Zylinderstift oder jede andere Art von Sonderstiftverbindung zum Einsatz gelangen.

Anwendung finden kann die beschriebene Befestigung und das Verfahren zu ihrer Herstellung insbesondere auch bei allen kraftschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen, die eine für das zu übertragende Drehmoment nicht ausreichende Ver bindungsfläche aufweisen und bei denen die formschlüssige Verbindung zusätzliches Drehmoment überträgt.

Bezugszeichenliste

2 Welle
4 Zahnrad
6 Zahnrad
8 Zahnrad
10 Verzahnung
12 Verzahnung
14 Lagerungen
16 Lagerungen
18 Stiftverbindung
20 Stiftverbindung
22 Stiftverbindung
24 Sicherung
26 Sicherung
28 Sicherung
30 Ausschnitt
32 Ausschnitt
50 Bohrung
52 Bohrung

Claims

1. Welle-Nabe-Verbindung für ein Bauteil (4, 6, 8) auf einer Welle (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (4, 6, 8) auf der Welle (2) aufgeschrumpft ist und zusätzlich durch eine formschlüssige Verbin dung (18, 20, 22) zur Vermeidung von Bewegungen gehalten ist.

2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Ver bindung gegen einen Verlust gesichert ist.

3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die formschlüs sige Verbindung (18, 20, 22) in die Welle (2) teilweise hineinragt.

4. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die formschlüs sige Verbindung (18, 20, 22) die Welle (2) vollständig durchdringt.

5. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung (18, 20, 22) ein stiftförmiges Element umfaßt.

6. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (50, 52) für die formschlüssigen Verbindungen (18, 20, 22) durch Hartbohren bzw. Hartreiben herstellbar sind.

7. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Verbindungen (18, 20, 22) durch Verstemmen gesichert sind.

8. Verwendung einer Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche zur Befestigung von Zahnräder auf einer Getriebewelle.

9. Verfahren zur Herstellung einer Welle-Nabe- Verbindung für ein Bauteil (4, 6, 8) auf einer Welle (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Bau teil (4, 6, 8) auf der Welle (2) aufgeschrumpft wird und zusätzlich durch eine formschlüssige Verbindung (18, 20, 22) zur Vermeidung von Bewegungen gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die formschlüssige Verbin dung (18, 20, 22) in die Welle (2) teilweise hineinragend vorgesehen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die formschlüssige Verbin dung (18, 20, 22) die Welle (2) vollständig durchdringend vorgesehen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß die formschlüs sige Verbindung (18, 20, 22) ein stiftförmiges Element um faßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Aufnah men (50, 52) für die formschlüssigen Verbindungen (18, 20, 22) durch Hartbohren bzw. Hartreiben hergestellt werden.