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Die Erfindung betrifft eine Propellerwelle
mit Innen- und Außenwellen,
von denen jede an einem Ende einen Gabelkopf und an dem anderen
Ende ein verschiebbares Nut/Feder-Verbindungsteil aufweist, um gegenseitig
angepasst zu werden und ein Verfahrung zur Herstellung einer solchen
Propellerwelle. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein
Verfahren zur Ausbildung einer Phasenindexreferenz von Keilwellen,
welches die Schritte umfasst, wie die Ausbildung eines ungleichförmigen Abschnittes
auf einem Teil der Keilzahnung eines gleichmäßigen Keilzahnaußenmusters
einer Außenwelle
und die Ausbildung eines ungleichförmigen Abschnittes auf einem
Teil der Keilzahnung eines gleichförmigen Keilzahninnenmusters
einer Innenwelle, wobei diese ungleichförmigen Teile derart eingerichtet
sind, dass sie gegenseitig zusammmenpassen, wenn die äußere und
innere Wellen in der Phase der Keilzahnung gegenseitig zusammentreffen.
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Bei der Herstellung einer derartigen
Propellerwelle ist in der Vergangenheit allgemein ein Hohlrohr auf
eine geforderte Länge
für die
Welle entsprechend 1a geschnitten
worden und ein Keilzahnungsglied 2 und ein Gabelkopf 3 sind
mit entsprechenden Enden der auf Länge geschnittenes Hohlwelle 1 zusammengefügt und durch
Schweißen
entsprechend der 1b verbunden
worden. Ein massives stabförmiges
Teil ist im Allgemeinen durch Walzen oder Zahnschneiden oder Fräsen erstellt
worden, um ein Keilzahnglied 2 für eine Innenwelle auszubilden
oder durch Anstechen um ein Keilzahnglied 2 für eine Außenwelle
darzustellen.
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In einem hierfür eingesetzten Herstellungsverfahren
war es notwendig, das Keilzahnglied 2 und den Gabelkopf
in die entsprechenden Enden des längeneinstellbaren Hohlrohres 1 mit
einem Presssitz einzubringen und sie dann an Verbindungsstellen 4 durch
Elektroschweißung
oder Reibschweißung
miteinander zu koppeln. Dadurch dauerte die Herstellung einer Propellerwelle
sehr lange und nachdem diese zusammengefügt war, konnte die Genauigkeit der
Welle als ganze oft nicht zufriedenstellend sein, auch wenn jedes
der entsprechenden Bestandteile 1, 2 und 3 für sich eine
hohe Genauigkeit aufwiest.
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Genauer gesagt, werden diese Bestandteile 1, 2 und 3 nicht
durch die gleiche Maschine hergestellt, sondern werden in exklusiven
Geräten
oder Bereichen gefertigt, wodurch hohe ökonomische Verluste entstehen.
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Da die hergestellte Propellerwelle
einen kombinierten Körper
aus den einzelnen Gliedern 1, 2, 3 darstellt
besteht eine Tendenz für
die Propellerwelle derart, dass sie nicht unter korrekten Bedingungen zusammengefügt wird,
so wie mit einer Winkelversetzung bezogen auf die Phase, Exzentrizität, Biegung oder
Krümmung
u. ä. mit
dem Ergebnis, dass ungleichmäßige Rotation
und Ungleichgewichtigkeit verursacht werden können, welche die Haltbarkeit der
Propellerwelle reduzieren und heftige Geräusche und Vibrationen im Betrieb
erzeugen. Als Ergebnis ist ein Anpassvorgang für die hergestellte Propellerwelle
notwendig, um ihre Genauigkeit auf ein erforderliches Maß zu verbessern.
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Weiterhin ist die Innenwelle derart
hergestellt, dass ihre Keilform durch Walzen, Zahnschneiden oder
Anstechen erzeugbar ist, so dass Teile hergestellt werden, die Abfallmaterial
erzeugen, die Festigkeit vermindern und zu Umweltverschmutzung führen. Folglich
kann dieser Herstellungsablauf im Allgemeinen die Fertigung einer
leichtgewichtigen Propellerwelle verhindern und die massive Innenwelle
einer Propellerwelle sorgt für
eine Zunahme des Gewichtes.
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In einer Anordnung von Keilwellen
sind im Allgemeinen, nachdem Gabelköpfe von Innen- und Außenwellen
in winkelmäßige Übereinstimmmung gegeneinander
gebracht sind, die keilverzahnten Teile der Innen- und der Außenwellen
gleitend mitein ander verbunden. Auf Grund der Vielfältigkeit
der Keilverzahnung besteht jedoch ein Risiko, dass die Keilwellen
mit verschobener Winkelphase zusammengesetzt sind ohne sorgfältige Bearbeitung
um die innere und die äußere Welle
in winkelmäßige Übereinstimmung
bezogen auf die Winkelphase relativ zueinander zu versetzen. Wenn
eine derartige Phasenversetzung vorliegt, verursacht dieser Unterschied
in der Phase zwischen Eingangs- und Ausgangsseiten eine Veränderung
in der Rotation und dem Drehmoment und verursacht somit Geräusche und
Vibrationen, was darin resultiert, dass die Lebensdauer erniedrigt wird.
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Es sind unterschiedliche Verfahren
vorgeschlagen worden zur Ausbildung einer Phasenindexreferenz für Keilwellen,
um den Zusammenbau derselben entsprechend der 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b zu vereinfachen.
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In den 2a und 2b wird eine Keilzahnung einer
Außenwelle 11 dargestellt
mit einem unregelmäßigen Teil 12 an
einem Boden zwischen benachbarten zwei Keilzähnen eines regelmäßigen Musters der
Außenwelle 11.
Der unregelmäßige Teil 12 ist
ein flacherer Boden als die anderen Böden 13 zwischen den
anderen Keilzähnen.
Andererseits sind die Keilzähne
der Innenwelle 14 derart ausgebildet, dass sie einen unregelmäßigen Teil 15 an
einem der Keilzähne
mit einem gleichmäßigen Muster
der Innenwelle 14 aufweisen. Das unregelmäßige Teil 15 stellt
einen niedrigeren Zahn dar, der derart angepasst ist, um in das
unregelmäßige Teil 12 der
Außenwelle 11 eingepasst
zu werden, wenn die innere und die äußere Welle in der Phase gegenseitig übereinstimmen.
Das unregelmäßige Teil 15 der
Innenwelle 14 korrespondiert mit der „Phasenindexreferenz". In diesem Fall ist
der Keil der Außenwelle
bearbeitet durch einen Anstich während
der Keil der Innenwelle durch Fräsen
bearbeitet ist.
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In den 3a und 3b ist die Keilverzahnung einer
Außenwelle 11 derart
ausgeführt,
dass sie an einem Zahn eines gleichförmigen Musters einer Außenwelle 11 ein
ungleichförmiges
Teil 16 aufweist. Das ungleichförmige Teil 16 besitzt
eine Form, in der ein Zahn ausgelassen ist, um zwei Böden auf
beiden Seiten des fehlenden Zahnes zu verbinden oder zu vereinigen
in einem erweiterten Boden wie ein ungleichförmiges Teil 16. Zwei
diametral gegenüberliegende
ungleichförmige
Teile 16 können,
wie in einem anderen Beispiel entsprechend der 4a und 4b bereitgestellt
werden. Diese Keilverzahnungen mit besonderen Mustern werden durch
Anstich bearbeitet. Wie in den 3b und 4b dargestellt, ist eine
Füllung 17 als
ein ungleichförmiges
Teil in dem Boden zwischen zwei Keilzähnen eines ungleichförmigen Musters
einer Innenwelle 14 vorgesehen, korrespondierend mit dem
ungleichförmigen
Teil 16 der Außenwelle 11.
Die Füllung 17 wird
durch Punktschweißen dargestellt,
so dass sie eine Höhe
aufweist, die nicht größer ist
als die der anderen Keilzähne
der Innenwelle 14.
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Mit dem Verfahren, wie es in den 2a und 2b gezeigt wird, ist es schwierig, lediglich
einen Keilzahn der Innenwelle 14 durch Anschneiden auszuarbeiten,
um das ungleichförmige
Teil darzustellen. Überdies
neigt in Verbindung mit dem Verfahren nach den 3b und 4b die
Füllung 17 dazu,
sich im Betrieb abzulösen.
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Es wird Bezug genommen auf die FR-A-7928205,
welche ein Verfahren zur Herstellung einer Welle beschreibt, in
welchem ein separater Gabelkopf verbunden wird mit keilverzahnten
Hohlwellen oder ein Verbindungsteil wird integral hergestellt mit
einer massiven Keilwelle.
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Es wird ebenfalls Bezug genommen
auf die GB-A-1644800, welche ein Verfahren zur Ausbildung eines
Gabelkopfes offenbart, das den Schritt beinhaltet, gegenüberliegende
Punkte an einem Ende einer Welle gegeneinander zu treiben.
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Weiterhin wird Bezug genommen auf
die US-4,622,840, welche eine Propellerwelle beschreibt, die dargestellt
wird durch wiederholtes Ziehen eines Rohres als Vorprodukt durch
eine Serie von Matritzen über
eine entsprechende Anzahl von Dornen. Die derart ausgebildete Propellerwelle
wird an ein separates Gabelkopfglied angebracht.
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Die drei zuletzt erwähnten Dokumente
offenbaren für
sich nicht den Schritt zur Vorbehandlungsbearbeitung zur plastischen
Verformung, worin eine Wärmebehandlung
nach dem Schneiden und vor der Beschichtung mit einer oberflächenwirksamen
Substanz auf eine Hohlwelle bewerkstelligt wird.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Propellerwelle
bereitzustellen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
ein Verfahren zur Verfügung
gestellt zur Herstellung einer Propellerwelle mit Innen- und Außenteilen, von
denen jedes an einem Ende ein gleitendes Nut/Feder-Teil und an dem
anderen Ende einen Gabelkopf aufweist, wobei die gleitenden Nut/Feder-Teile
der Innen- und der Außenwellen
gegenseitig passend ausgelegt sind in Obereinstimmung mit den Merkmalen,
die in Anspruch 1 definiert sind.
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Ein derartiges Verfahren kann dazu
verwendet werden, um eine Propellerwelle herzustellen, die in der
Herstellung weniger Bearbeitungsschritte benötigt, verbunden mit einer kürzeren Bearbeitungszeit
und welche somit günstiger
herzustellen ist, mit höherer
Genauigkeit, geringerem Gewicht und folglich ökonomisch vorteilhaft und in
einem höchsten Maße mit ausgeglichener
Festigkeit.
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Entsprechend der Erfindung ist zumindest
eine, die Innen- oder
die Außenwelle,
vollständig
aus einem Hohlrohr geformt und ihr Gabelkopf ist ein integraler
Teil des Hohlrohres, der derart ausgebildet wurde, um diesen darzustellen
und sein verschiebbares Nut/Feder-Teil stellt einen weiteren integralen
Teil des Hohlrohres dar, welcher plastisch gearbeitet worden ist,
um diesen auszubilden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung umfasst das verschiebbare Nut/Feder-Teil sowohl von
der Innen- als auch von der Außenwelle Keilzähne, deren
Anzahl ganzzahlig ist innerhalb des Zahlenbereiches, der erhalten
wird durch die Multiplikation der Anzahl, die einen größeren Federdurchmesser
D in mm um 0,12 bis 0,25 aufweisen. Überdies weisen die Keilzähne einen
Keilzahnkegelwinkel auf innerhalb des Bereiches von 90–120°, der eingeschlossen
ist zwischen Seitenflächen
von benachbarten Keilzähnen.
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Entsprechend der Erfindung umfasst
das Verfahren Folgendes:
- – einen plastischen Bearbeitungsschritt
zur Vorbehandlung, zur Ausführung
einer Hohlwelle für die
Innen- oder Außenwelle
in einer vorbestimmten Länge
und Vorbehandlung derselben;
- – einen
plastischen Bearbeitungsschritt für ein gleitendes Nut/Feder-Teil
zur Ausbildung eines gleitenden Nut/Feder-Teiles an dem einen Ende mit einem Prägestempel;
und
- – einen
Gabelkopfbereitstellungsschritt zur Zuführung eines Gabelkopfes an
dem anderen Ende der Hohlwelle gegenüberliegend dem gleitenden Nut/Feder-Teil,
wobei jeder der zwei zuletzt erwähnten
Schritte vor den anderen ausgeführt
werden kann.
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Das Ende der Hohlwelle, an dem der
Gabelkopf ausgebildet ist, wird vorzugsweise durch Laser- oder Plasmaschneiden
bearbeitet.
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Entsprechend der Erfindung wird eine
Hohlwelle, welche lediglich zur Einstellung der Länge der Welle
nach dem Stand der Technik verwendet wurde, an einem Ende ausgebildet
mit einem gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteil und ist an dem anderen Ende
mit einem Gabelkopf ausgestattet, direkt aus dem Hohl rohr gearbeitet.
Deshalb besteht keine Notwendigkeit für eine aufwändige Bearbeitung, beispielsweise
durch Walzen, Zahnschneiden, Anstechen u. ä. und einem Schweißverfahren
zur Herstellung der Propellerwelle, so dass jegliche Anpassung nach
dem Zusammenbau nicht erforderlich ist, womit die Produktionseffizienz
verbessert wird, die Produktionskosten erniedrigt werden und Umweltverschmutzung
vermieden wird, sowie eine Propellerwelle mit geringem Gewicht bereitgestellt
wird.
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Entsprechend einer Ausgestaltung
der Erfindung weist der Prägestempel
in dem plastischen Bearbeitungsschritt für das Nut/Feder-Verbindungsteil ein
Ausformungsprofil auf, welches in der Lage ist, Keilzähne auszubilden
mit einer ganzzahligen Anzahl innerhalb des Bereiches von Ziffern,
die erhalten werden durch Multiplikation der Anzahl, die einen um etwa
0,12 bis 0,25 größeren Keildurchmesser
D in mm anzeigen.
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Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist der Prägestempel
in dem plastischen Verarbeitungsschritt für das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil
ein Formprofil auf, welches in der Lage ist, umfangsmäßig gleichförmig beabstandete
Keilzähne
mit einer ganzzahligen Anzahl innerhalb des Bereiches von Ziffern auszubilden,
die erhalten werden durch Multiplikation der Anzahl, die einen um
0,12 bis 0,25 größeren Keildurchmesser
D in mm anzeigen und der Keilverzahnung mit einem Keilzahn – Wurzelwinkel – innerhalb des
Bereiches von 90–120°, der eingeschlossen
ist zwischen den Flächen
von benachbarten Keilzähnen.
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Entsprechend einer Ausgestaltung
der Erfindung weisen die gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteile der
Propellerwelle solche Keilzähne
auf mit einer ganzzahligen Anzahl innerhalb des Bereiches von Ziffern,
die erhalten werden durch Multiplikation der Anzahl, die einen um
0,12 bis 0,25 größeren Keildurchmesser
D in mm anzeigen, und der Keilverzahnung mit einem Keilzahn-Wurzelwinkel
innerhalb des Bereiches von 90– 120°, eingeschlossen
zwischen Seitenflächen
von benachbarten Keilzähnen.
Deshalb ist die Anzahl von Keilzähnen
wesentlich geringer als die der Keilzahnwellen nach dem Stand der Technik
und somit sind die Keilzähne
(Nut, Feder) in einfacher Weise druckgeformt in Verbindung mit dem vorteilhaften
Keilzahn-Winkel.
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Überdies
weist der Druckformstempel innere Auskragungen auf, die sich nach
innen hin in dessen Vertiefung mit weiten Winkeln wie 90–120° korespondierend
mit den Keilzahn-Wurzelwinkeln
erstrecken. Deshalb ist die Festigkeit des Stempels erhöht, um dessen
Haltbarkeit zu verbessern und seine Wartungszeit zu verlängern. Weiterhin
sind die Keilzähne umfangsmäßig im Wesentlichen
mit gleichem Abstand von Zahn zu Zahn beabstandet, so dass kein Ungleichgewicht
auftritt, wodurch die Stabilität
der Rotation verbessert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
weist der Prägestempel
ein Formprofil auf, welches in der Lage ist, Keilzähne mit
einem größeren Durchmesser
auszubilden, als der innere Durchmesser des Hohlrohres. Als Ergebnis
davon ist das verformte gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil komprimiert
und seine metallurgische Struktur wird dichter, um seine mechanische
Festigkeit zu erhöhen.
Mit dieser Anordnung wird es überdies
ermöglicht,
das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil der Innenwelle in die äußere Hohlwelle
bis jenseits des gleitenden Nut/Feder-Teiles der äußeren Welle
einzuführen,
womit ermöglicht
wird, dass die Gleitziehlänge
der Innenwelle länger
wird.
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Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren
weiterhin einen Schritt der Beschichtung mit einem Kunststofffilm
auf zumindest eines der Nut/Feder-Verbindungsteile der Innen- und
der Außenwellen.
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Die Erfindung wird unter Bezug auf
die folgenden detaillierten Ausführungen
und Patentansprüche
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verständlicher
dargestellt.
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1a zeigt
eine erläuternde
Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung einer Propellerwelle nach
dem Stand der Technik darstellt, bevor dessen drei Teile zusammengefügt werden;
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1b zeigt
eine erläuternde
Ansicht, die das Verfahren nach 1a darstellt,
nach dem Zusammenbau der drei Teile;
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2a zeigt
eine Schnittansicht, die eine Außenwelle darstellt mit einem
unregelmäßigen Teil als
ein erstes Beispiel der Phasenindex-Referenz nach dem Stand der
Technik;
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2b zeigt
eine Schnittansicht die eine Innenwelle darstellt, die mit der Außenwelle
nach 2a zusammenpasst
mit einem unregelmäßigen Teil
als eine Phasenindex-Referenz;
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3a zeigt
eine Schnittansicht, die eine Außenwelle darstellt mit einem
unregelmäßigen Teil als
ein weiteres Beispiel der Phasenindex-Referenz nach dem Stand der
Technik;
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3b zeigt
eine Schnittansicht, die eine Innenwelle darstellt, die mit der
Außenwelle
nach 3a zusammenpasst,
mit einem unregelmäßigen Teil
als eine Phasenindex-Referenz nach dem Stand der Technik;
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4a zeigt
eine Schnittansicht die eine Außenwelle
darstellt mit einem unregelmäßigen Teil
als ein weiteres Beispiel der Phasenindex-Referenz nach dem Stand
der Technik;
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4b zeigt
eine Schnittansicht, die eine Innenwelle darstellt, die mit der
Außenwelle
nach 4a zusammenpasst
mit einem unregelmäßigen Teil
als eine Phasenindex-Referenz nach dem Stand der Technik;
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Schritte zur Herstellung einer Propellerwelle
wiedergibt;
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6 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Schritte zur Herstellung einer Propellerwelle
entsprechend der Erfindung darstellt;
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7a zeigt
eine Ansicht, die eine Propellerwelle darstellt, die aus einem Hohlrohr
entsprechend der Erfindung hergestellt ist;
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7b zeigt
eine Ansicht, die eine weitere Propellerwelle, die aus einem Hohlrohr
entsprechend der Erfindung hergestellt ist, darstellt;
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8 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung
einer geschweißten
Propellerwelle aufzeigt;
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9a bis 9e zeigen schematische Ansichten
zur Verdeutlichung der Umformarbeitsgänge entsprechend dem Flussdiagramm
nach 8;
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10 zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Schritte zur Herstellung einer geschweißten Propellerwelle
entsprechend einem weiteren Verfahren aufzeigt;
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11a bis 11d zeigen schematische Ansichten
zur Erklärung
der Umformarbeitsgänge
in der ersten Stufe des Flussdiagrammes nach 10;
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12a bis 12c zeigen schematische Ansichten
zur Erklärung
der Umformarbeitsgänge
in der mittleren Stufe des Flussdiagrammes entsprechend 10;
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13a und 13b zeigen schematische Ansichten
zur Erklärung
der Umformarbeitsgänge
in der letzten Stufe des Flussdiagrammes entsprechend 10;
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14 zeigt
eine Ansicht, die eine Propellerwelle darstellt entsprechend einem
weiteren Verfahren;
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15a zeigt
eine Schnittansicht, die die Druckausformung eines gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles
einer Hohlwelle darstellt, welches in einen Druck-Formstempel entsprechend
der Erfindung eingeführt
ist;
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15b zeigt
eine Schnittansicht, die entlang der Linie xVb-XVb in 15a aufgenommen ist;
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16a und 16b sind Schnittdarstellungen, die
die Einbaubedingungen der gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteile
der Innen- und der Außenwellen
einer Propellerwelle entsprechend der Erfindung darstellen;
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5 stellt
ein Flussdiagramm dar mit den Schritten eines Verfahrens zur Herstellung
der Propellerwelle. Die Schritte bestehen aus einem Vorbehandlungsschritt
A zur plastischen Verformung, einem plastischen Verformungsschritt
B für das
gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil, und einem Verformungsschritt
C für einen
Gabelkopf. Die „plastische Verformung", die hier verstanden
sein soll, bedeutet eine Verarbeitung einer Hohlwelle, wobei deren
plastische Deformation bewirkt wird.
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Der Vorbehandlungsschritt A zur plastischen Verformung
wird beispielsweise derart ausgeführt, wie in der 5 dargestellt.
- 1) Ein Schritt für
das Schneiden einer großen Hohlwelle 25 mit
gewünschter
Festigkeit und Haltbarkeit auf eine vorbestimmte Länge.
- 2) Ein Schritt zur Bearbeitung des geschnittenen Endes der Hohlwelle 25.
- 3) Die Ausführung
eines Wärmebehandlungsschrittes.
- 4) Ein Oberflächenbehandlungsschritt,
der falls erforderlich, ausgeführt
wird.
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In dem plastischen Verformungsschritt
B für das
Nut/Feder-Verbindungsteil
wird ein Ende der vorbestimmt langen Hohlwelle 25, erhalten
durch die Behandlung in dem Vorbehandlungsschritt A zur plastischen
Verformung, in einen Prägestempel
eingeführt (nicht
in 5 dargestellt) und
dann plastisch verformt, um das gleitende Nut/Feder-Teil 26 darzustellen.
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In dem Gabelkopfbearbeitungsschritt
C wird das andere Ende des Hohlrohres 25 gegenüberliegend
zu dem Nut/Feder-Teil ausgearbeitet, beispielsweise durch Bearbeitung,
vorzugsweise mit einem Schweißverfahren
mittels Laser oder Plasma zu der Form des Gabelkopfes 27.
Der Gabelkopfherstellungsschritt C kann vor dem plastischen Verformungsschritt
B für das
gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil ausgeführt werden.
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Anhand der 6 wird nun ein Flussdiagramm mit Schritten
des zweiten Ausführungsbeispiels
des Verfahrens zur Herstellung der Propellerwelle entsprechend der
Erfindung illustriert, wobei der Gabelkopfbearbeitungsschritt C
einen Bearbeitungsschritt C' beinhaltet,
zur plastischen Aufweitung zur Bearbeitung des Gabelkopfes, um die
Arme des Gabelkopfes dia metral nach außen und gegenseitig auseinander
zu bewegen, wie es mit C' in 6 dargestellt ist. Die weiteren
Schritte werden nach Maßgabe
des Verfahrens entsprechend der 5 und 8 ausgeführt, wie im Patentanspruch
1 definiert.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik,
wobei die Propellerwelle aus drei Elementen hergestellt worden ist,
wird nach dem Verfahren entsprechend der Erfindung die Propellerwelle
aus lediglich einem Element, wie oben beschrieben, produziert. Deshalb wird
mit einer Propellerwelle entsprechend der Erfindung jegliche Abweichung
in der Phase zwischen dem gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteil 26 und dem
Gabelkopf 27 verhindert, womit Fehlfunktionen auf Grund
von Unterschieden in der Phase, die an Propellerwellen im Stand
der Technik auftreten, eliminiert werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung
zur Herstellung der Propellerwelle eliminiert vollständig den Schweißvorgang
zur Verbindung von Teilen, so dass keine Verbiegung auf Grund des
Schweißens
in der Welle auftritt und die symmetrische Ausführung der Welle wird verbessert
ohne jegliche Veränderungen im
Bearbeitungsprozess, womit eine Propellerwelle bereitgestellt wird,
die für
hohe Rotationsgeschwindigkeiten geeignet ist.
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Da überdies das Rohr als Blindmaterial
für die
Propellerwelle verwendet wird, kann eine leichtgewichtige Propellerwelle
bereitgestellt werden, welche im Wesentlichen dazu dient, deren
GD2-Wert (Trägheitmoment)
zu verbessern und somit die Treibstoffkosten für ein Fahrzeug, das mit der
Propellerwelle ausgestattet ist, zu senken. Weiterhin reduziert das
Verfahren nach der Erfindung die notwendige Arbeitszeit zur Herstellung
der Welle, um die Produktionseffizienz zu verbessern, womit im Wesentlichen die
Herstellungskosten reduziert werden. Durch die Herstellung der Propellerwelle
entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung ist die Ergiebigkeit
und die Produktivität
der Materialien derart hoch, so dass ein Beitrag zur Einsparung
von Ressourcen geleistet wird.
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Überdies
werden gewünschte
Gesamtlängen
einer Propellerwelle und eines gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles
leicht durch Einstellung der Länge
des Rohres erhalten, welches geschnitten werden muss, und durch
Einstellung des überstehenden
Auszuges in der plastischen Verformung, um die entsprechenden Anforderungen
zu erfüllen.
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Weitere Verfahren werden im Folgenden
beschrieben, in denen der Gabelkopf mit der Welle verschweißt ist.
Eine Beschreibung ist ebenfalls vorhanden, da Einzelheiten dieses
gleitenden Nut/Feder-Teiles angewandt werden können in der oben beschriebenen
Ein-Stück-Technik.
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7a illustriert
die Propellerwelle 31, die durch ein unterschiedliches
Verfahren hergestellt wird. In diesem Verfahren ist die Außenwelle 32 hauptsächlich aus
einem Hohlrohr 32a hergestellt, von dem ein Ende einen
Gabelkopf 33 aufweist, der direkt in Presspassung in das
eine Ende eingefügt
ist und dort verschweißt
ist und dessen anderes Ende ausgeformt ist mit einem gleitenden
Nut/Feder-Verbindungsteil 32b. Andererseits ist die Innenwelle 34 teilweise
aus einem Hohlrohr 34a hergestellt, an dem ein gleitendes
Nut/Feder-Verbindungsteil 34b ausgebildet
ist, und ein Gabelkopf 36 ist befestigt durch eine Verbinduhgswelle 35 mit
der Innenwelle 34.
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7b illustriert
eine andere Welle, die sich von der in 7a dargestellten unterscheidet. An dieser
modifizierten Welle ist die Innenwelle 34 hauptsächlich hergestellt
aus einem Hohlrohr 34a, von dem das eine Ende einen Gabelkopf 36 aufweist, der
direkt pressgepasst ist in das eine Ende und damit verschweißt ist und
dessen anderes Ende mit einem gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteil 34b ausgeformt
ist. Andererseits ist die Außenwelle 32 partiell
hergestellt aus einem Hohlrohr 32a, an dem ein gleitendes
Nut/Feder-Teil 32b ausge formt ist und ein Gabelkopf 33 ist
angebracht über
eine Verbindungswelle 35 an der Innenwelle 34.
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Entsprechend dem Verfahren zur Herstellung
einer Propellerwelle ist eine Außen- oder Innenwelle 32 oder 34 hauptsächlich dargestellt
aus einem Hohlrohr 32a oder 34a, von dem ein Ende
ausgeformt ist mit einem gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteil 32b oder 34b durch
ein Prägeverfahren und
dessen anderes Ende ausgestattet ist mit einem Gabelkopf, der darin
direkt pressgepasst ist und daran angeschweißt ist.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens, welches besteht
aus einem plastischen Verformungs-Vorbehandlungsschritt A, einem plastischen
Verformungsschritt B für
das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil und einem Schweißschritt C.
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Der Vorbehandlungsschritt A für die plastische
Verformung wird beispielsweise in der folgenden Art ausgeführt.
- 1) Ein Schritt zur Bearbeitung des Endes einer Hohlwelle 32a oder 34a,
wie es in 9a dargestellt
ist, zur Sicherstellung der Genauigkeit oder zur Entfernung von
Graten, die während
eines Schneidverfahrens entstehen.
- 2) Ein Schritt zum Schneiden der Hohlwelle 32a oder 34a auf
eine vorbestimmte Länge,
wie es in 9b gezeigt
wird.
- 3) Ein Schritt der Bearbeitung zum Schneiden des Endes der Hohlwelle 32a oder 34a,
wie es in 9c gezeigt
wird.
- 4) Ein Schritt zur Säuberung
der Hohlwelle 32a oder 34a zur Entfernung von
Teilchen oder öligen Substanzen
davon.
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Falls erforderlich, werden die folgenden Schritte
vorzugsweise hinzugefügt.
- 5) Ein Wärmebehandlungsschritt
zur Normalisierung oder Temperung der Hohlwelle, um eine raffinierte
metallurgische Struktur der Hohlwelle zu erhalten.
- 6) Ein partieller Schmierstoffbeschichtungsschritt zur Beschichtung
mit einer metallischen Seife (Schmierstoff) oder oberflächenaktivem
Mittel, welches erforderlich ist für die plastische Verformung
des Rohres, zumindest für
das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil der Hohlwelle 32a oder 34a.
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In dem plastischen Verformungsschritt
B für das
gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil wird das Hohlrohr mit vorbestimmter
Länge 32a oder 34a,
welches aus den Behandlungen in den Vorbehandlungsschritten A zur
plastischen Verformung hervorgeht, eingeführt in einen Prägestempel 37 und
dann plastisch verformt. Der Prägestempel 37 ist
derart aufgebaut, um Federn an einer Welle mit einer Anzahl von Keilzähnen zu
erzeugen, die geradzahlig ist innerhalb des Bereiches der Ziffern,
die erhalten werden durch Multiplikation der Ziffern, die den größeren Keildurchmesser
D in mm von 0,12 bis 0,25 anzeigen. Beispielsweise ist, wenn der
größere Keildurchmesser
50 mm beträgt,
die Anzahl der Keilzähne
(die Anzahl von Abständen
zwischen den Zähnen) 6 (sechs)
oder 12 (zwölf).
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Der Schweißschritt C wird in der folgenden Art
und Weise ausgeführt
(8).
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Ein Schritt zur Reinigung des Hohlrohres 32a oder 34a zur
Beseitigung von verbleibender Beschichtung oder Metallseife (oder öligen Substanzen)
oder von Zunder, falls erforderlich.
- 9) Ein Schritt zum Presspassen eines Gabelkopfes 33 und 36 in
das Ende des Hohlrohres gegenüberliegend
dem gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteil 32b oder 34b und
Anschweißen
des Gabelkopfes daran.
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10 zeigt
ein Flussdiagramm der Schritte entsprechend einem anderen Verfahren.
Die Schritte dieses Verfahrens bestehen aus einem Vorbehandlungsschritt
V für ein
Ende des Hohlrohres für
eine Innen- oder Außenwelle,
einem Gabelkopfpresspassungs-Schritt W, einem Gabelkopfschweißschritt
X, einem plastischen Verformungs-Vorbehandlungsschritt Y zum Entgraten
oder Schneiden des gegenüberliegenden
Endes des Hohlrohres auf eine vorbestimmte Länge und zu dessen Vorbehand lung,
und einem plastischen Verformungsschritt Z für das gleitende Nut/Feder-Verbindungselement.
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Der Vorbehandlungsschritt V wird
beispielsweise in der folgenden Art ausgeführt.
- 1)
Ein Schritt zur Verarbeitung des Endes eines Hohlrohres 32a oder 34a,
wie es in der 11a gezeigt
wird.
- 2) Ein Schritt zur Reinigung des Hohlrohres 32a oder 34a,
wie es in der 11b gezeigt
wird.
- 3) Ein Gabelkopfpresspassungsschritt W zur Befestigung eines
Gabelkopfes 33 oder 36 mittels Presspassung in
das eine Ende des Hohlrohres 32a oder 34a, wie
es in der 11c gezeigt
wird, nach dem Vorbehandlungsschritt V.
- 4) Ein Gabelkopfschweißschritt
X zur Verschweißung
des Gabelkopfes an dessen pressgepasstem Bereich an dem einen Ende
des Hohlrohres 32a oder 34a, wie es in der 11d gezeigt wird, nach dem
Gabelkopfpresspassungsschritt W.
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Danach wird der Vorbehandlungsschritt
Y zur plastischen Verformung ausgeführt zum Entgraten oder Schneiden
des entgegengesetzten Endes der Hohlwelle auf eine vorbestimmte
Länge und
zu deren Vorbehandlung in der folgenden Art und Weise.
- 5) Ein Schritt zum Abschneiden des Endes der Hohlwelle 32a oder 34a,
gegenüberliegend
dem Gabelkopf auf eine vorbestimmte Länge, wie es in der 12a dargestellt wird.
- 6) Ein Schritt der Verarbeitung des geschnittenen Endes der
Hohlwelle, wie es in 12b gezeigt wird.
- 7) Ein Schritt der Reinigung des geschnittenen Endes der Hohlwelle
wie es in 12c gezeigt wird.
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Falls erforderlich, können die
folgenden Schritte in der gleichen Art, wie in Zusammenhang mit 8 erklärt, ergänzt werden.
- 8)
Ein Schritt einer teilweisen Wärmebehandlung.
- 9) Ein Behandlungsschritt für
eine teilweise Beschichtung mit Gleitmittel.
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Nach dem Vorbehandlungsschritt Y
zur plastischen Verformung wird der plastische Verformungsschritt
Z für das
gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil in den folgenden zwei Schritten
ausgeführt,
worin das Ende des Hohlrohres 32a oder 34a, gegenüberliegend
dem Gabelkopf 33 oder 36, pressgepasst (plastisch
verformt) durch einen Prägestempel 37 in
die Form eines gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles 32b oder 34b umgewandelt
wird, mit einer Anzahl von Keilzähnen,
die geradzahlig ist innerhalb des Bereiches der Ziffern, die erhalten
werden durch Multiplikation der Ziffer, die den um 0,12 bis 0,25
größeren Durchmesser
D in mm (13a) anzeigt
und das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil 32b oder 34b, welches
plastisch verformt ist, wird dann gesäubert (13b).
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Während
ein separater Gabelkopf 33 oder 36 in das Hohlrohr
pressgepasst und damit verschweißt wird in Anlehnung an die
oben beschriebenen zwei Verfahren, wird deutlich, dass ein Gabelkopf
integral an dem Ende des Hohlrohres ausgeformt werden kann, wie
in dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, welches auf vorteilhafte Art und Weise sämtliche Schweißarbeiten
vermeidet gezeigt wird.
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Das Hohlrohr der Propellerwelle entsprechend
den oben beschriebenen Verfahren weist ein integral ausgebildetes
gleitendes Nut/Feder-Verbindungsteil auf, so dass dieses gleitende
Nut/Feder-Verbindungsteil keinerlei Restspannungen beinhaltet, die
von Schweißarbeiten
herrühren
und somit ist ein Verbiegen der Welle auf Grund von Schweißarbeiten
auf ein geringes Maß unterdrückt, um
eine Stabilität
in der Qualität
der hergestellten Propellerwelle zu erhalten. Entsprechend den Ausführungsbeispielen
wird weiterhin die Arbeitszeit zur Verarbeitung der entsprechenden
Teile vermindert, so dass die Fertigungskosten und das Gewicht der
Welle reduziert werden können.
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14 zeigt
in einer Seitenansicht eine Propellerwelle 41 mit einer
Innenwelle 42 und einer Außenwelle 43, von denen jede
ein gleitendes Nut/Feder-Verbindungsteil entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist und es wird zusätzlich illustriert, wie deren
Querschnitte gestaltet sind. In einem Ausführungsbeispiel entsprechend 14 sind sowohl die gleitenden
Nut/Feder-Verbindungsteile der Innen- als auch der Außenwellen 42 und 43 ausgeführt von
Hohlblindrohren durch Presspassung mit einem Prägestempel in entsprechender Weise.
Entsprechend dem vorliegenden Fall kann lediglich die Außenwelle
aus einem Hohlblindrohr gefertigt werden durch Presspassung. Bei
der Betrachtung der Herstellungskosten und unter Einbeziehung des
Umweltschutzes ist es jedoch zu bevorzugen, beide Wellen aus Hohlblindwellen
durch Presspassung darzustellen.
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15a illustriert
ein Hohlblockrohr für
eine Innenwelle, die zumindestens teilweise mit einem gleitenden
Nut/Feder-Verbindungsteil
korrespondiert, ist in einem Presspassungsstempel 45 in
der Richtung, wie es durch den Pfeil E gekennzeichnet ist, eingeführt, womit
die plastische Deformation dieses Teiles erfolgt, um das gleitende
Nut/Feder-Verbindungsteil
auszuformen. Ein Dorn 46 ist vorausgehend im Zentrum des
Pressformstempels 45 angeordnet worden.
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Wie in 15b gezeigt
wird, hat entsprechend diesem Ausführungsbeispiel das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil
eine geradzahlige Anzahl von Keilzähnen innerhalb des Bereiches
der Ziffern, die erhalten werden durch Multiplikation der Ziffern, die
den um 0,12 bis 0,25 größeren Keildurchmesser D
in mm anzeigen. Die in der Schnittdarstellung nach 15b dargestellten Keilzähne sind
umfangsmäßig im Wesentlichen
von Zahn zu Zahn gleichmäßig beabstandet
und Keilzahnwinkel, eingeschlossen zwischen Seitenoberflächen von
benachbart liegenden Keilzähnen,
liegen innerhalb eines Bereiches von 90– 120°. Darum ist, wenn der größere Keildurchmesser
50 mm beträgt,
die Anzahl der Keilzähne
(die Zahl von Abständen
zwischen den Zähnen)
vorzugsweise 6 (sechs).
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Der Pressformstempel 45 für die innere
Welle weist einen Hohlraum auf, der ein nach außen hin aufgeweitetes offenes
Ende 47 besitzt mit einem Durchmesser, der geringfügig größer ist
als der eines Hohlblockrohres 44, wobei ein konischer Teil 48 sich geringfügig von
dem offenen Ende 47 in der axialen Richtung des Hohlraumes
erstreckt und ein hauptsächlicher
Hohlraum sich axial über
eine vorbestimmte Länge
erstreckt und inwändige
Verlängerungen 50 aufweist,
die sich inwändig
erstrecken und umfangsmäßig gleichmäßig beabstandet
sind. Die inwändigen
Projektionen 50 erstrecken sich innerhalb der Kavität und bilden
Winkel mit 90–120° dazwischen
aus und korrespondieren mit den Keilzahnwinkeln, wie sie oben beschrieben
sind, und um ein Ausformungsprofil zu haben, um die Anzahl der Keilzähne zu erhalten,
welche geradzahlig ist innerhalb des Bereiches von Ziffern, erhalten
durch die Multiplikation der die größeren Keildurchmesser D in
mm um 0,12– 0,25
anzeigenden Zahlen. Bevor mit dem Ausformungsvorgang begonnen wird,
ist ein Dorn 46 im Zentrum des Hohlraumes des Pressformstempels 45 angeordnet,
wobei der äußere Durchmesser
des Dornes 46 mit dem inneren oder kleineren Durchmesser
des gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles 44a druckgeformt
werden soll.
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Vorzugsweise weisen die inneren Flächen 49 des
Hohlraumes des Pressformstempels 45 einen größeren Durchmesser
auf, dir geringfügig
kleiner ist als das Hohlblockrohr 44.
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Der Stempel (nicht dargestellt) für die Außenwelle
ist im Wesentlichen ähnlich
dem Pressformstempel 45 für die Innenwelle, wie sie in
den 15a und 15b dargestellt ist. Der
Stempel für
die Außenwelle
sollte jedoch ein Formungsprofil aufweisen, mit dem es ermöglicht wird,
das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil 44a in das Nut/Feder-Verbindungsteil 51a der
durch Pressformung mittels eines Stempels dargestellten Außenwelle
einzuführen (16a und 16b).
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Nachdem das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil
derart pressgeformt ist, werden zumindest entweder die innere Oberfläche des
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles der Außenwelle oder die äußere Oberfläche des
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles
der Innenwelle beschichtet mit einem Kunststofffilm 52,
wie es in den 16a und 16b mittels durchgezogener
Linien dargestellt ist. 16a illustriert
den Kunststoffilm 52 auf der inneren Oberfläche des
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteiles 51a der Außenwelle,
während 16b den Kunststofffilm 52 auf
der äußeren Oberfläche des
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteile 44a der Innenwelle
wiedergibt.
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Bei der Herstellung der Innen- und
der Außenwelle
entsprechend diesem Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist es vorteilhaft, Abstände 53 zwischen den
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteilen 44a und 51a dieser
Wellen auszubilden, welche als ein Ölreservoir dienen, wie sie
in den 16a und 16b dargestellt sind. Diese
gleitenden Nut/Feder-Verbindungsteile 44a und 51a werden
mittels Schweißen
mit den Wellen 54 verbunden und weisen an ihren Enden Gabelköpfe auf,
die daran entsprechend 14 befestigt
sind.
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Entsprechend dieser Ausgestaltung
der Erfindung ist zumindest das gleitende Nut/Feder-Verbindungsteil
der Innenwelle oder der Außenwelle
einer Propellerwelle hergestellt aus einem Hohlrohr durch Pressformung,
womit eine leichtgewichtige Propellerwelle bereitgestellt ist und
für ihre
Herstellung Material eingespart wurde. Überdies wird ermöglicht,
den Federteil in der kürzesten
Zeit herzustellen und somit dessen Herstellungskosten wesentlich
zu senken. Unterschiedlich von dem Schneidvorgang im Stand der Technik
an einer Propellerwelle wird die Pressformung keinerlei Partikel
erzeugen, so dass der Vorgang umweltmäßig verbessert wird, ohne irgendwelche
Kontamination oder Verschmutzung.
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Weiterhin weist die Propellerwelle
entsprechend diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ewine ganzzahlige Anzahl von Keilzähnen auf, welche 0,15 bis 0,25
mal die zahlenmäßige Anzeige
des größeren Durchmessers
D in mm der Keilzähne
beträgt
und dessen Keilzahnwinkel innerhalb des Bereiches von 90– 120° liegt. Aus
diesem Grunde ist die Anzahl der Federn wesentlich geringer als
die der Federn nach dem Stand der Technik und somit werden die Federn
der Propellerwelle nach der Erfindung in einfacher Weise pressgeformt
in Verbindung mit dem vorteilhaften Keilzahnwinkel.
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Entsprechend dieser Ausgestaltung
der Erfindung sind die inwändigen
Projektionen 50 des Pressformstempels innerhalb ihres Hohlraumes
erstreckt mit gleichen Winkeln, wie beispielsweise 90–120°, korrespondierend
mit den Federzahnwinkeln. Aus diesem Grund ist die Festigkeit des
Stempels erhöht,
um seine Dauerhaftigkeit zu verbessern und seine Betriebsdauer zu
verlängern.
Weiterhin sind die Keilzähne
umfangsmäßig im Wesentlich gleichmäßig beabstandet
und zwar relativ zu dem anderen, so dass kein Ungleichgewicht auftritt
und die Stabilität
der Rotation verbessert wird.