DE102005007143A1

DE102005007143A1 - Hollow shaft has functional elements e.g. bush, gear wheel with their internal edges fixed on outer diameter of hollow shaft by hydroforming and functional elements are axially connected and braced with hollow shaft

Info

Publication number: DE102005007143A1
Application number: DE102005007143A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. Schulze; Ewald Dipl.-Ing. Erbersdobler; Ernst Dipl.-Ing. Biskup; Ulrich Dipl.-Ing. Ohnemus
Original assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: TOWER AUTOMOTIVE HYDROFORMING; Tower Automotive Hydroforming & Co KG GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-10-30
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2025-02-12
Also published as: DE102005007143B4

Abstract

Hollow shaft (1) has the functional elements e.g. bush, gear wheel (2.1-2.n) with their internal edges fixed on the outer diameter of hollow shaft by hydroforming. The functional elements are axially connected and braced with the hollow shaft. The stub shafts are connected at the ends of the hollow shaft. An independent claim is also included for the method for the production of hollow shafts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen und ein Verfahren zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff des ersten und neunten Patentanspruchs.The The invention relates to a hollow shaft with it by hydroforming attached functional elements and a method for their preparation according to the preamble of the first and ninth patent claim.

In DE 103 05 074 A1 wird eine als Hohlwelle ausgebildete Getriebewelle und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die Getriebewelle weist dabei mindestens ein Festzahnrad und eine Steckverzahnung auf. Verfahrensgemäß wird eine für die Laufverzahnung vorgeformte Hohlwelle in ein Formgebungswerkzeug eingelegt, wobei auf einen vorgestauchten Ringabschnitt der Hohlwelle ein Zahnradring aufgesetzt ist. Anschließend erfolgt das Aufschieben einer mit einer Innenverzahnung versehenen Hülse auf die Hohlwelle und Zufuhr von Hochdruckmedium in den Innenraum der Hohlwelle, wodurch sich der Hohlwellengrundkörper an die Gravur des Werkzeuges und an die Innenkontur des Zahnrades und der Hülse anlegt. Negativ dabei ist, dass eine ungenügende Biegesteifigkeit für hohe dynamische Beanspruchungen gegeben ist. Weiterhin ist durch die an der Innenkontur scharfkantig ausgebildeten Funktionselemente eine hohe Kerbwirkung zu verzeichnen.In DE 103 05 074 A1 is described as a hollow shaft gear shaft and a method for their preparation described. The gear shaft has at least one fixed gear and a spline. According to the method, a hollow shaft preformed for the running toothing is inserted into a shaping tool, a toothed wheel ring being placed on a pre-compressed ring section of the hollow shaft. Subsequently, the pushing on a sleeve provided with an internal toothing on the hollow shaft and supply of high-pressure medium into the interior of the hollow shaft, whereby the hollow shaft main body is applied to the engraving of the tool and to the inner contour of the gear and the sleeve. The negative aspect is that there is insufficient bending stiffness for high dynamic loads. Furthermore, a high notch effect can be observed by the sharp edges on the inner contour formed functional elements.

DE 196 06 732 C2 beschreibt eine gefügte Mehrlagenwelle, wobei eine hohle Welle mit außen liegenden Funktionselementen durch in Axialrichtung abschnittsweise radiales Aufweiten hergestellt wird. Das nur abschnittsweise Aufweiten ist jedoch technologisch aufwendig und zeitintensiv. Die Funktionselemente wirken als einzelne Elemente und tragen nicht zur Erhöhung der Biegesteifigkeit und Belastbarkeit bei. Nachteilig bei der vorgenannten Lösung ist ebenfalls, dass durch die scharfkantige Kontur der Hülsen Kerbspannungen auftreten. DE 196 06 732 C2 describes a joined multi-layer shaft, wherein a hollow shaft is made with external functional elements by axial radial radial sections in sections. The only partial widening, however, is technologically complex and time-consuming. The functional elements act as individual elements and do not contribute to increasing the flexural rigidity and load capacity. A disadvantage of the aforementioned solution is also that occur by the sharp-edged contour of the sleeves notch stresses.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hohlwelle mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, bei welcher die Funktionselemente auf dem Außendurchmesser der Hohlwelle schnell und prozesssicher befestigt werden, wobei die Hohlwelle und die Funktionselemente eine Einheit bilden und somit hohen dynamischen Belastungen standhalten.task The invention is a hollow shaft with it by hydroforming attached functional elements and a method for their preparation to create, in which the functional elements on the outer diameter the hollow shaft can be fastened quickly and reliably, the Hollow shaft and the functional elements form a unit and thus withstand high dynamic loads.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten und neunten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is according to the invention with the characterizing features of the first and ninth patent claim solved. Advantageous versions emerge from the dependent claims.

Bei der Hohlwelle mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen, die mit ihren Innenkonturen radial mit dem Außendurchmesser der Hohlwelle verspannt sind, stehen die Funktionselemente zusätzlich mit der Hohlwelle axial in Wirkverbindung. Die Funktionselemente sind dabei axial mit der Hohlwelle verspannt. Dies erfolgt durch axiale Anschläge der Hohlwelle, die durch sich radial erweiternde Bereiche der Hohlwelle gebildet werden und gegen welche die Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) axial verspannt werden, so dass die Hohlwelle und die Funktionselemente eine Einheit bilden und die Verbindung zwischen Hohlwelle und Funktionselementen sowohl mit radialen als auch mit axialen Druckspannungen beaufschlagt ist. Durch diese Verspannung der Funktionselemente mit der Hohlwelle wirken diese als eine kompakte bauliche Einheit. Die Biegesteifigkeit wird gegenüber herkömmlichen Verbindungen zwischen einer Hohlwelle und darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen, bei welcher lediglich radiale Spannungen wirken, entscheidend erhöht. Die axialen Anschläge werden durch sich radial erweiternde Bereiche der Hohlwelle gebildet. An den Stirnflächen der Welle werden zudem die Funktionselemente axial angepresst, so dass eine bleibende Verspannung der Funktionselemente entsteht.In the hollow shaft with attached thereto by hydroforming functional elements, which are braced with their inner contours radially to the outer diameter of the hollow shaft, the functional elements are also axially in operative connection with the hollow shaft. The functional elements are braced axially with the hollow shaft. This is done by axial stops of the hollow shaft, which are formed by radially expanding portions of the hollow shaft and against which the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) are clamped axially, so that the hollow shaft and the functional elements form a unit and the connection between the hollow shaft and functional elements is acted upon with both radial and axial compressive stresses. By this tension of the functional elements with the hollow shaft, these act as a compact structural unit. The bending stiffness is significantly increased compared to conventional connections between a hollow shaft and attached thereto by hydroforming functional elements, in which act only radial stresses. The axial stops are formed by radially expanding portions of the hollow shaft. At the end faces of the shaft also the functional elements are pressed axially, so that a permanent tension of the functional elements arises.

Weiterhin weisen die Funktionselemente zumindest an ihrem Übergang ihrer Innenkontur zu ihrer Stirnfläche, die mit einem axialen Anschlag der Hohlwelle in Kontakt steht, eine abgerundete Form auf. Dadurch werden die Kerbwirkungen vermindert. Es ist möglich, an einem oder beiden Enden der Hohlwelle Wellenstümpfe zu befestigen, so dass z.B. eine Getriebewelle gebildet wird. Die Wellenstümpfe können dabei durch eine Pressverbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung (z.B. durch Elektronenstrahlschweißen) befestigt sein.Farther have the functional elements at least at their transition to their inner contour her face, which is in contact with an axial stop of the hollow shaft, a rounded shape on. This reduces the notch effects. It is possible, at one or both ends of the hollow shaft stub shafts to fasten so that e.g. a transmission shaft is formed. The stumps can be there by a press connection or a cohesive connection (e.g. Electron beam welding) be attached.

Es ist weiterhin möglich, die Hohlwelle vor dem Innenhochdruckumformen zumindest an einem Ende oder an beiden Enden, im Vergleich zu den anderen Bereichen der Hohlwelle, mit einem reduzierten Durchmesser mit erhöhter Wandstärke zu versehen. Dies ist vorteilhaft für die Stabilität im Bereich der Anschlussverbindung zu einem an der Hohlwelle zu befestigenden Bauteil z.B. einem Wellenstumpf. Ein oder mehrere Funktionselemente können eine von der Kreisform abweichende Innenkontur aufweisen, an welche die Außenkontur der Hohlwelle durch das Innenhochdruckumformen geformt wird, wodurch die Verdrehsicherheit der Funktionselemente zusätzlich gesichert wird. Ebenfalls die Verdrehsicherung erhöhend kann eine aufgeraute Oberfläche der Hohlwelle und/oder der Funktionselemente wirken.It is still possible the hollow shaft before the hydroforming at least at one end or at both ends, compared to the other areas of the Hollow shaft to be provided with a reduced diameter with increased wall thickness. This is beneficial for the stability in the area of the connection to a connection to the hollow shaft fixing member e.g. a stub shaft. One or more Functional elements can have a different from the circular shape inner contour, to which the outer contour the hollow shaft is formed by the hydroforming, whereby the resistance to rotation of the functional elements is additionally secured. Also increasing the anti-rotation can have a roughened surface the hollow shaft and / or the functional elements act.

Bekannter Weise werden beim Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen, die Funktionselemente mit ihren Innenkonturen mit dem Außendurchmesser der Hohlwelle in einem Innenhochdruckumformwerkzeug durch Aufweiten der Hohlwelle mit einem unter Hochdruck stehenden Druckmedium radial verpresst. Erfindungsgemäß wird zusätzlich während des Innenhochdruckumformens oder nach dem Innenhochdruckumformen durch axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle diese mit den Funktionselementen axial in Wirkverbindung gebracht und somit axial verspannt.Known manner be in the process for producing a hollow shaft with attached thereto by hydroforming Funktionselemen th, the functional elements with their inner contours with the outer diameter of the hollow shaft in a hydroforming tool by expanding the hollow shaft with a high-pressure pressurized medium compressed radially. According to the invention during axial hydroforming or after hydroforming by axial pressurization of the hollow shaft is additionally brought into operative connection with the functional elements axially and thus axially braced.

Die zusätzliche axiale Verspannung der Funktionselemente untereinander und mit axialen Anschlägen der Hohlwelle kann während des oder nach dem Innenhochdruckumformen durch axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle erfolgen. Dabei wirkt mindestens ein Axialstempel auf eine Stirnseite der Hohlwelle.The additional axial clamping of the functional elements with each other and with axial stops the Hollow shaft can while or after hydroforming by axial pressurization the hollow shaft done. At least one axial punch acts on a front side of the hollow shaft.

Bevorzugt erfolgt die axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle während des Innenhochdruckumformens mittels eines ersten Axialstempels auf eine erste Stirnseite der Hohlwelle und mittels eines zweiten Axialstempels auf eine zweite Stirnseite der Hohlwelle. Es sollten dabei an beiden Enden der Hohlwelle axiale Anschläge ausgebildet werden, die durch die Stempelkraft gegen die auf der Welle sitzenden Funktionselemente axial gepresst werden und diese somit axial verspannen. In dem so erzeugten Verbund zwischen Hohlwelle und Funktionselementen wirken somit radiale und axiale Druckspannungen. Durch dieses Spannungsverhältnis können höhere dynamische Belastungen aufgenommen werden und die Biegesteifigkeit wird erhöht.Prefers takes place the axial pressurization of the hollow shaft during the Hydroforming by means of a first Axialstempels on a first end face of the hollow shaft and by means of a second Axialstempels on a second end face of the hollow shaft. It should be at both Ends of the hollow shaft axial stops are formed by the punch force against the seated on the shaft functional elements be pressed axially and thus axially clamp. In that way produced composite between the hollow shaft and functional elements act thus radial and axial compressive stresses. Due to this tension ratio can be higher dynamic Loads are absorbed and the flexural rigidity is increased.

Das Material der Hohlwelle erfährt durch die Umformung im Vergleich zu den konventionellen Verfahren der Getriebewellenherstellung eine erhebliche Festigkeitssteigerung, um den enormen Biegebelastungen standhalten zu können. Die Funktionselemente weisen zudem schon die finale Festigkeit auf, so dass die hergestellte Hohlwelle keiner weiteren Wärmebehandlung ausgesetzt werden muss, um die erforderliche Festigkeits- und Verschleißeigenschaften zu erlangen. Die finale Bearbeitung der Funktionskörper erfolgt nachdem die Wellenstümpfe an die Welle gefügt wurden.The Material of the hollow shaft experiences by the deformation compared to the conventional method the transmission shaft production a significant increase in strength, to be able to withstand the enormous bending loads. The functional elements also have the final strength, so that the produced Hollow shaft no further heat treatment must be exposed to the required strength and wear properties to get. The final processing of the functional body takes place after the stumps joined to the wave were.

Vor dem Innenhochdruckumformverfahren ist es möglich, ein oder beide Enden der Hohlwelle in ihrem Durchmesser zu reduzieren. Erfolgt dies durch ein radiales Umformverfahren (Rundkneten oder Drückwalzen) wird gleichzeitig die Wandstärke in diesen Bereichen vergrößert.In front hydroforming, it is possible to have one or both ends reduce the hollow shaft in diameter. This is done by a Radial forming process (rotary swaging or flow-forming) becomes simultaneous the wall thickness enlarged in these areas.

Nach Verbinden der Hohlwelle mit den Funktionselementen können an den Enden der Hohlwelle weitere Bauteile befestigt werden. Dies können z.B. Wellenstümpfe sein, so dass eine neuartige Getriebewelle herstellbar ist. Die weiteren Bauteile/Wellenstümpfe werden vorzugsweise durch eine Pressverbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung (z.B. Elektronenstrahlschweißen) mit den Enden der Hohlwelle verbunden.To Connecting the hollow shaft with the functional elements can on the components of the ends of the hollow shaft are attached. This can e.g. shaft stubs be, so that a novel transmission shaft can be produced. The other components / stub shafts are preferably by a press connection or a cohesive connection (e.g., electron beam welding) connected to the ends of the hollow shaft.

Besonders vorteilhaft ist es, eine Hohlwelle als ein Doppelteil mit den Funktionselementen in einem Innenhochdruckumformwerkzeug zu versehen und das Doppelteil anschließend in zwei separate Hohlwellen mit darauf befestigten Funktionselementen zu trennen.Especially It is advantageous to use a hollow shaft as a double part with the functional elements to provide in a hydroforming and the double part subsequently in two separate hollow shafts with functional elements attached to them to separate.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to an embodiment and associated drawings explained in more detail. It demonstrate:

1: Ausgangswerkstück R in Form eines Rohres mit dem Ausgangsdurchmesser D1 und der Wandstärke s1, 1 : Starting workpiece R in the form of a tube with the initial diameter D1 and the wall thickness s1,

2: Vorform V, bei welcher beide Enden 1.1 und 1.2 auf einen Durchmesser D2 reduziert sind, zur Herstellung eines Doppelteiles 1D, 2 : Preform V, at which both ends 1.1 and 1.2 are reduced to a diameter D2, for producing a double part 1D .

3: im Innenhochdruckumformwerkzeug W positionierte Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und eingelegte Vorform V zur Herstellung eines Doppelteils 1D, 3 : Functional elements positioned in the hydroforming tool W 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 and inserted preform V for producing a double part 1D .

4: Innenhochdruckumformwerkzeug W nach dem Innenhochdruckumformen mit dadurch erzeugtem Doppelteil 1D, 4 : Hydroforming tool W after hydroforming with double part produced thereby 1D .

5: Doppelteil 1D, wobei die Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 im Schnitt dargestellt sind, 5 : Double part 1D , wherein the functional elements 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 are shown in section,

6: zwei aus dem Doppelteil 1D hergestellte Hohlwellen 1 mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 6 : two from the double part 1D produced hollow shafts 1 with functional elements attached thereto by hydroforming 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 .

7: Getriebewelle 1G, hergestellt aus einer Hohlwelle 1 mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und an den Enden der Hohlwelle 1 angeschweißten Wellenstümpfen 3, 4 im Längsschnitt, 7 : Transmission shaft 1G , made of a hollow shaft 1 with functional elements attached thereto by hydroforming 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 and at the ends of the hollow shaft 1 welded shaft stumps 3 . 4 in longitudinal section,

8: Einzelheit C gem. 8, 8th : Item C acc. 8th .

9: Ansicht der Getriebewelle 1G gem. 8. 9 : View of the transmission shaft 1G gem. 8th ,

In 1 ist ein Ausgangswerkstück R in Form eines Rohres mit dem Ausgangsdurchmesser D1 und der Wandstärke s1 dargestellt. Die für das nachfolgende Innenhochdruckumformen erzeugte Vorform V, bei welcher beide Enden 1.1 und 1.2 durch Rundkneten auf einen Durchmesser D2 reduziert sind, zeigt 2. In diesen Enden 1.1, 1.2 ist die Wandstärke s2 erhöht. Aus der Vorform V soll ein Doppelteil 1D hergestellt werden, welches in zwei erfindungsgemäße Hohlwellen getrennt wird.In 1 is an output workpiece R in the form of a tube with the output diameter D1 and the wall thickness s1 shown. The preform V produced for the subsequent hydroforming, in which both ends 1.1 and 1.2 by rotary swaging to a diameter D2 redu are graced, shows 2 , In these ends 1.1 . 1.2 the wall thickness s2 is increased. From the preform V is a double part 1D are produced, which is separated into two hollow shafts according to the invention.

3 zeigt das geschlossene Innenhochdruckumformwerkzeug W, welches aus einem Werkzeugoberteil W1 und einem Werkzeugunterteil W2 besteht und darin positionierte Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und eingelegte Vorform V zur Herstellung eines Doppelteils 1D. Das Werkzeug W weist eine Innenkontur G auf, in welcher die Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 positioniert werden bzw. an welche der Außendurchmesser der Vorform V anlegbar ist. 3 shows the closed hydroforming W, which consists of a tool shell W1 and a tool base W2 and functional elements positioned therein 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 and inserted preform V for producing a double part 1D , The tool W has an inner contour G, in which the functional elements 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 be positioned or to which the outer diameter of the preform V can be applied.

Von rechts nach links befinden sich im Werkzeug W

– im Bereich des ersten reduzierten Endes 1.1 der Vorform V das Funktionselement 2.1 in Form einer Lagerschale und
– im nicht reduzierten Bereich der Vorform V ein zweites Funktionselement 2.2 in Form einer Lagerschale, ein drittes Funktionselement 2.3 in Form eines Zahnrades und ein viertes Funktionselement 2.4 in Form eines Zahnrades.

From right to left are in the tool W

- in the area of the first reduced end 1.1 the preform V is the functional element 2.1 in the form of a bearing shell and
- In the non-reduced region of the preform V, a second functional element 2.2 in the form of a bearing shell, a third functional element 2.3 in the form of a gear and a fourth functional element 2.4 in the form of a gear.

Spiegelbildlich dazu sind vier weitere baugleiche Funktionselemente 2.1 bis 2.4 im Werkzeug W angeordnet. Die drei Funktionselemente 2.1, bis 2.3 liegen mit ihren Stirnseiten aneinender an; das vierte Funktionselement 2.4 weist zum dritten Funktionselement b23 einen definierten Abstand auf. Im Bereich des Abstandes zwischen dritten und vierten Funktionselement 2.3, 2.4 ist der Durchmesser der Innenkontur G des Werkzeuges W größer als der Innendurchmesser des dritten und vierten Funktionselements 2.3, 2.4. An den ersten und vierten Funktionselementen 2.1 und 2.4 sind beidseitig und am dritten Funktionselement 2.3 in Richtung zum vierten Funktionselement 2.4 Radien R vorgesehen. Beidseitig zur Vorform sind im Werkzeug W ein erster und ein zweiter Axialstempel 5, 6 angeordnet, wobei im ersten Axialstempel 5 eine in die Vorform führende Bohrung 7 zur Zuführung des Druckmediums vorgesehen ist. Der erste Axialstempel 5 weist in Richtung zur Vorform einen Radius 5R und der zweite Axialstempel 6 einen Radius 6R auf.Mirroring this are four other identical functional elements 2.1 to 2.4 arranged in the tool W. The three functional elements 2.1 , to 2.3 lie with their front sides to each other; the fourth functional element 2.4 has a defined distance to the third functional element b23. In the range of the distance between third and fourth functional element 2.3 . 2.4 the diameter of the inner contour G of the tool W is greater than the inner diameter of the third and fourth functional element 2.3 . 2.4 , At the first and fourth functional elements 2.1 and 2.4 are on both sides and on the third functional element 2.3 towards the fourth functional element 2.4 Radii R provided. On both sides of the preform are in the tool W, a first and a second axial punch 5 . 6 arranged, being in the first Axialstempel 5 a bore leading into the preform 7 is provided for supplying the pressure medium. The first axial stamp 5 points in the direction of the preform a radius 5R and the second axial stamp 6 a radius 6R on.

Das Innenhochdruckumformwerkzeug W nach dem Innenhochdruckumformen mit dadurch erzeugtem Doppelteil 1D und noch darin befindlichem Druckmedium D zeigt 4 und das aus dem Werkzeug entnommene Doppelteil 1D 5. In 5 sind nur die Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 im Schnitt dargestellt. Durch den Innenhochdruck hat sich die Vorform an die Innendurchmesser der Funktionselemente 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und an die Gravur angepresst und fixiert nun auch axial die Funktionselemente. Während des Innenhochdruckumformens dichten der erste Stempel 5 und der zweite Stempel 6 die beiden Enden 1.1, 1.2 ab, bewegen sich in Richtung zu den Funktionselementen und wirken mit einer Kraft F auf die Stirnseiten 1a, 1b des Werkstücks (Vorform V bzw. Doppelteil 1D) (s. 3 und 4). Durch die Radien R5, R6 der Stempel 5, 6 wurden die beiden Enden des Doppelteils 1D radial nach außen geformt, werden nun gegen die beiden zueinander spiegelbildlich außen liegenden ersten Funktionselemente 2.1 gepresst und bilden Anschläge A1, A1', wodurch diese auch gegen die jeweils anderen Funktionselemente 2.2 bis 2.4 axial verspannt werden. Die Funktionselemente 2.1, 2.3, 2.4 werden zusätzlich axial fixiert, da sich die Hohlwelle (Doppelteil 1D) in ihrem Durchmesser entsprechend erweitert hat. An das jeweils erste Funktionselement 2.1 grenzt ein Anschlag A2 bzw. A2', an die in Richtung zum vierten Funktionselement 2.4 weisende Stirnfläche des dritten Funktionselements 2.3 grenzt ein Anschlag A3 bzw. A3' und an die beiden Stirnflächen des vierten Funktionselements 2.4 grenzen Anschläge A4, A5 bzw. A4', A5'.The hydroforming tool W after hydroforming with double part produced thereby 1D and still located therein pressure medium D shows 4 and the double part removed from the tool 1D 5 , In 5 are only the functional elements 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 shown in section. Due to the internal high pressure, the preform has to the inner diameter of the functional elements 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 and pressed against the engraving and now fixed axially the functional elements. During hydroforming, the first stamp seals 5 and the second stamp 6 the two ends 1.1 . 1.2 From, move toward the functional elements and act with a force F on the front pages 1a . 1b of the workpiece (preform V or double part 1D ) (s. 3 and 4 ). Through the radii R5, R6 of the stamp 5 . 6 were the two ends of the double part 1D formed radially outward, are now against the two mutually mirror-image outside lying first functional elements 2.1 pressed and form stops A1, A1 ', whereby this also against the other functional elements 2.2 to 2.4 be braced axially. The functional elements 2.1 . 2.3 . 2.4 are additionally fixed axially, as the hollow shaft (double part 1D ) has expanded accordingly in diameter. To the respective first functional element 2.1 A stop A2 or A2 'adjoins, in the direction of the fourth functional element 2.4 facing end face of the third functional element 2.3 borders a stop A3 or A3 'and to the two end faces of the fourth functional element 2.4 limit stops A4, A5 or A4 ', A5'.

In 5 ist die Trennebene T dargestellt, in welcher das Doppelteil 1D in zwei baugleiche Hohlwellen 1 (6) mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 getrennt wird. Die Trennebene T liegt vorzugsweise rechtwinklig zur Achse X des Doppelteils 1D. Den Längsschnitt einer Getriebewelle 1G, hergestellt aus einer Hohlwelle 1 mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 und an den Enden 1.1, 1.1' der Hohlwelle 1 angeschweißten Wellenstümpfen 3, 4 im Längsschnitt, ist in 7 dargestellt.In 5 the dividing plane T is shown, in which the double part 1D in two identical hollow shafts 1 ( 6 ) with functional elements attached thereto by hydroforming 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 is disconnected. The parting plane T is preferably at right angles to the axis X of the double part 1D , The longitudinal section of a gear shaft 1G , made of a hollow shaft 1 with functional elements attached thereto by hydroforming 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 and at the ends 1.1 . 1.1 ' the hollow shaft 1 welded shaft stumps 3 . 4 in longitudinal section, is in 7 shown.

Bevorzugt wird dabei das Elektronenstrahlschweißen eingesetzt, denn es ist mit einem geringen Wärmeverzug, hoher Bauteildurchdringung und hoher Festigkeit verbunden. Die Wellenstümpfe 3, 4 wurden hier in die Hohlwelle 1 eingesteckt, alternativ ist es auch möglich, den Wellenstumpf auf die Hohlwelle aufzustecken.Preferably, the electron beam welding is used, because it is associated with a low heat distortion, high component penetration and high strength. The stumps 3 . 4 were here in the hollow shaft 1 inserted, alternatively, it is also possible aufzustecken the stub shaft on the hollow shaft.

In 8 ist die Einzelheit C gem. 8 dargestellt. Daraus ist erkennbar, dass die Enden 1.1, 1.1' der Hohlwelle 1 vor dem Einschweißen der Wellenstümpfe 3, 4 noch bearbeitet wurden.In 8th is the detail C gem. 8th shown. It can be seen that the ends 1.1 . 1.1 ' the hollow shaft 1 before welding the stub shafts 3 . 4 were still processed.

Die Ansicht der Getriebewelle 1G gem. 7 zeigt 9.The view of the transmission shaft 1G gem. 7 shows 9 ,

Die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Hohlwelle 1 hergestellte Getriebehohlwelle 1G stellt einen kraft- und formschlüssigen Verbund dar, der eine hohe Dauerfestigkeit gewährleistet.The using the hollow shaft according to the invention 1 manufactured transmission hollow shaft 1G represents a positive and non-positive bond, which ensures a high fatigue strength.

Es können Hohlwellen und Funktionselemente unterschiedlicher Werkstoffe miteinander kombiniert werden. Es ist dabei auch möglich, Funktionselemente aus Keramik einzusetzen. Auch die Wellenstümpfe können aus einem anderen Werkstoff als die Hohlwelle bestehen.It can hollow shafts and functional elements of different materials together be combined. It is also possible to use functional elements made of ceramic. The stub shafts may consist of a different material than the hollow shaft.

Die Funktionselemente können bereits vor dem Fügen vorgearbeitet oder finalbearbeitet sein.The Functional elements can already before joining be preprocessed or finalized.

Ist eine Schweißverbindung bei dafür ungeeigneter Werkstoffpaarung nicht möglich, kann zwischen Wellenstumpf und Hohlwelle z.B. eine Pressverbindung gewählt werden.is a welded joint at for it unsuitable material pairing not possible, can between stub shaft and hollow shaft, e.g. a press connection can be selected.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein flexibles Baukastensystem möglich, mit welchem z.B. neben Getriebewellen auch Nockenwellen und andere Hohlwellen mit Funktionselementen usw. hergestellt werden können. In allen Fällen wird eine Verringerung des Bauteilgewichts, eine Minimierung der Bauteilkosten bei hervorragenden Festigkeitswerten erzielt. Die hervorragenden Festigkeitseigenschaften werden durch erstmalig auf dem Trägerrohr (Hohlwelle) axial und radial verpresste Funktionselemente (Lagerschalen, Zahnräder, Nocken...) möglich.With the solution according to the invention is a flexible modular system possible, with which e.g. in addition to gear shafts and camshafts and others Hollow shafts with functional elements, etc. can be produced. In all cases will be a reduction in component weight, minimizing component costs achieved with excellent strength values. The excellent Strength properties are by first on the support tube (Hollow shaft) axially and radially compressed functional elements (bearing shells, Gears, Cam ...) possible.

Claims

Hohlwelle (1) mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen (2.1, 2.2, ...2n), die mit ihren Innenkonturen radial mit dem Außendurchmesser der Hohlwelle (1) verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) zusätzlich axial in Wirkverbindung und somit axial verspannt mit der Hohlwelle (1) sind.Hollow shaft ( 1 ) with functional elements attached thereto by hydroforming ( 2.1 . 2.2 , ... 2n ), which with their inner contours radially with the outer diameter of the hollow shaft ( 1 ), characterized in that the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) in addition axially in operative connection and thus axially braced with the hollow shaft ( 1 ) are.

Hohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle axiale Anschläge aufweist, die durch sich radial erweiternde Bereiche der Hohlwelle gebildet werden und gegen welche die Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) verspannt werden.Hollow shaft according to claim 1, characterized in that the hollow shaft has axial stops, which are formed by radially expanding portions of the hollow shaft and against which the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ).

Hohlwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) an ihrem Übergang ihrer Innenkontur zur Stirnfläche, die mit einem axialen Anschlag der Hohlwelle (1) in Kontakt steht, eine abgerundete Form aufweisen.Hollow shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) at its transition of its inner contour to the end face, with an axial stop of the hollow shaft ( 1 ) is in contact, have a rounded shape.

Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) Wellenstümpfe (3, 4) befestigt sind.Hollow shaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that at the ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) Stumps ( 3 . 4 ) are attached.

Hohlwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenstümpfe (3, 4) durch eine Pressverbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung befestigt sind.Hollow shaft according to claim 4, characterized in that the stub shafts ( 3 . 4 ) are fixed by a press connection or a material connection.

Hohlwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenstümpfe (3, 4) durch Elektronenstrahlschweißen an den Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) befestigt sind.Hollow shaft according to claim 5, characterized in that the shaft stumps ( 3 . 4 ) by electron beam welding at the ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) are attached.

Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (1) an einem Ende oder an beiden Enden (1.1, 1.2), im Vergleich zu den anderen Bereichen der Hohlwelle (1), einen reduzierten Durchmesser (D2) mit erhöhter Wandstärke (s2) aufweist.Hollow shaft according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow shaft ( 1 ) at one end or at both ends ( 1.1 . 1.2 ), compared to the other areas of the hollow shaft ( 1 ), a reduced diameter (D2) with increased wall thickness (s2).

Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) eine von der Kreisform abweichende Innenkontur, an welche die Außenkontur der Hohlwelle (1) geformt ist, aufweisen.Hollow shaft according to one of claims 1 to 7, characterized in that one or more functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) a deviating from the circular shape inner contour to which the outer contour of the hollow shaft ( 1 ) is formed.

Hohlwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (1) und/oder die Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) eine die Verdrehsicherheit erhöhende aufgeraute Oberfläche aufweisen.Hollow shaft according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hollow shaft ( 1 ) and / or the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) have a roughened security increasing roughened surface.

Verfahren zur Herstellung von Hohlwellen (1) nach Anspruch 1, wobei Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) mit ihren Innenkonturen mit dem Außendurchmesser der Hohlwelle (1) in einem Innenhochdruckumformwerkzeug (W) radial verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass während des Innenhochdruckumformens oder nach dem Innenhochdruckumformen zusätzlich durch axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle (1) diese mit den Funktionselementen (2.1, 2.2, ...2.n) axial in Wirkverbindung gebracht und somit axial verspannt wird.Method for producing hollow shafts ( 1 ) according to claim 1, wherein functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) with their inner contours with the outer diameter of the hollow shaft ( 1 ) are radially pressed in a hydroforming (W), characterized in that during the hydroforming or after hydroforming additionally by axial pressurization of the hollow shaft ( 1 ) these with the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) brought axially into operative connection and thus axially braced.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Verspannung der Funktionselemente (2.1, 2.2, ...2.n) untereinander und mit der Hohlwelle (1) durch axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle (1) mittels mindestens eines Axialstempels (5, 6) auf die Hohlwelle (1) erfolgt.A method according to claim 10, characterized in that an axial strain of the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) with each other and with the hollow shaft ( 1 ) by axial pressurization of the hollow shaft ( 1 ) by means of at least one Axialstempels ( 5 . 6 ) on the hollow shaft ( 1 ) he follows.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Druckbeaufschlagung der Hohlwelle (1) mittels eines ersten Axialstempels (5) auf eine erste Stirnseite der Hohlwelle (1) und mittels eines zweiten Axialstempels (6) auf eine zweite Stirnseite der Hohlwelle (1) erfolgt.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the axial pressurization of the hollow shaft ( 1 ) by means of a first axial punch ( 5 ) on a first end face of the hollow shaft ( 1 ) and by means of a second axial punch ( 6 ) on a second end face of the hollow shaft ( 1 ) he follows.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Stempel (5) und/oder den Stempel (6) Druckmedium (D) in die Hohlwelle (1) zuführbar ist.Method according to one of claims 11 or 12, characterized in that by the stamp ( 5 ) and / or the stamp ( 6 ) Pressure medium (D) into the hollow shaft ( 1 ) can be fed.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) vor dem Innenhochdruckumformen in ihrem Durchmesser reduziert wurden.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that one or both ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) was reduced in diameter prior to hydroforming the.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserreduzierung durch ein radiales Umformverfahren erfolgt.Method according to claim 14, characterized in that that the diameter reduction by a radial forming process he follows.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als radiales Umformverfahren Rundkneten oder Drückwalzen durchgeführt wird.Method according to claim 14, characterized in that that as a radial forming process rotary swaging or flow-forming carried out becomes.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verbinden der Hohlwelle (1) mit den Funktionselementen (2.1, 2.2, ...2.n) an den Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) Wellenstümpfe (4, 5) befestigt werden.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that after connecting the hollow shaft ( 1 ) with the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) at the ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) Stumps ( 4 . 5 ) are attached.

Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenstümpfe (3, 4) durch eine Pressverbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung mit den Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) verbunden werden.Method according to claim 17, characterized in that the stub shafts ( 3 . 4 ) by a press connection or a cohesive connection with the ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) get connected.

Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenstümpfe (3, 4) durch Elektronenstrahlschweißen mit den Enden (1.1, 1.2) der Hohlwelle (1) verbunden werden.Method according to claim 17 or 18, characterized in that the stub shafts ( 3 . 4 ) by electron beam welding with the ends ( 1.1 . 1.2 ) of the hollow shaft ( 1 ) get connected.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Hohlwelle (1) als ein Doppelteil (1D) mit den Funktionselementen (2.1, 2.2, ...2.n) in einem Innenhochdruckumformwerkzeug (W) verbunden wird und dass das Doppelteil (1D) anschließend in zwei separate Hohlwellen (1) mit darauf befestigten Funktionselementen (2.1, 2.2, ...2.n) getrennt wird.Method according to one of claims 10 to 19, characterized in that in each case a hollow shaft ( 1 ) as a double part ( 1D ) with the functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) is connected in a hydroforming tool (W) and that the double part ( 1D ) into two separate hollow shafts ( 1 ) with functional elements ( 2.1 . 2.2 , ... 2.n ) is separated.