DE102007028110A1

DE102007028110A1 - Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere einer Schaltgabeleinheit, und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102007028110A1
Application number: DE200710028110
Authority: DE
Inventors: Matthias Feuerbach; Klaus Krämer; Uwe Schwarz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24
Also published as: EP2160520A2; CN101711314A; WO2008155172A2; WO2008155172A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Welle-Nabe-Verbindung sowie ein Verfahren zu deren Herstellheit eines Fahrzeuggetriebes eignet. Es sind korrespondierende Vertiefungen bzw. Vorsprünge an den miteinander in Eingriff befindlichen radialen Innenmantelflächen einer Nabe bzw. Hülse (14) und Außenmantelflächen einer Welle (12) vorgesehen. Der wenigstens eine Vorsprung, der in die korrespondierende Vertiefung eingreift, ist plastisch verformt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, insbesondere zur Verwendung bei Schaltgabeln in Schaltgetrieben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
Bei Getrieben müssen an vielen Stellen Hülsen bzw. Naben auf Wellen fixiert werden. Diese Hülsen sollen sich bei bestimmten Anwendungsfällen nicht gegenüber der Welle bewegen oder verdrehen. Derzeit werden im Allgemeinen Hülsen verwendet, die auf die Welle geschoben und mit dieser verpresst werden. Um eine zusätzliche Sicherung zu erreichen, können beide Bauteile anschließend gemeinsam durchbohrt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Bohrstellen genau übereinander liegen. Durch die Bohrung wird ein Spiralspannstift eingepresst, der ein Verrutschen der Bauteile gegeneinander verhindert. Der beschriebene Arbeitsvorgang ist aufwändig und somit teuer. Es ist ein Spiralspannstift als zusätzliches Bauteil nötig. Zudem besteht die Gefahr, dass beim Verstiften ein Span gezogen werden kann. Wird dieser nicht be merkt und bleibt leicht lösbar an der Baugruppe hängen, so kann ein solcher Span leicht in das Getriebe gelangen und zu erheblichen Getriebeschäden führen.
Die DE 32 48 197 A1 beschreibt eine Nabenbefestigung an einem Ventilatorlaufrad, die keine zusätzlichen Bauteile erfordert. Hierbei werden radial offene Aussparungen in der Bodenscheibe eines Ventilatorrades mit Nabenwerkstoff ausgefüllt. Und zwar wird über der Bodenscheibe überstehender Nabenwerkstoff unter hohem Druck plastisch verformt und in die Aussparungen gepresst, wodurch eine form- und kraftschlüssige Verbindung entsteht.
Die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben Verbindung eignet sich insbesondere für den Einsatz als Welle-Nabe-Verbindung bei Schaltgabeln von Fahrzeuggetrieben. Derartige Schaltgabeln sind beispielsweise in DE 101 59 441 A1 und DE 103 09 407 A1 dargestellt. Die DE 103 09 407 A1 beschreibt eine Schaltgabel mit einem gabelförmigen Grundkörper und mit einer Führung. In diese Führung wird ein Schaltglied, beispielsweise eine Schaltstange oder eine Gleit- bzw. Wälzlager eingeführt.
Ein vorrangiges Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache, stabile und kostengünstige Verbindung zwischen eine Welle, insbesondere einer Welle in der Schaltgabeleinheit eines Fahrzeuggetriebes, und einer Hülse oder Nabe herzustellen, die ein Verrutschen der Bauteile gegeneinander verhindert.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Welle weist in ihrer Außenmantelfläche wenigstens eine Vertiefung auf. Die verwendete Nabe bzw. Hülse weist in ihrer Innenmantelfläche einen korrespondierenden Abschnitt auf, der in die Vertiefung an der Außenmantelfläche der Welle eingreift. Der Abschnitt in der Innenfläche der Nabe ist plastisch verformt und kann durch einen weiteren Schritt weiter verformt werden, so dass er sich der Vertiefung optimal anpasst. Dies kann beispielsweise durch Verstemmen erfolgen. Auf diese Wei se wird eine optimal gegen Lösen oder Verdrehen gesicherte form- und kraftschlüssige Verbindung der Hülse bzw. Nabe auf der Welle erreicht, so dass damit auch problemlos große Kräfte und Drehmomente übertragen werden können.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Welle in ihrer Außenmantelfläche wenigstens eine Erhöhung auf. Die verwendete Nabe bzw. Hülse enthält in ihrer Innenmantelfläche eine korrespondierende Vertiefung, in den die Erhöhung der Außenmantelfläche der Welle eingreift. Bei dieser Variante wird vorzugsweise eine Hohlwelle verwendet, um von innen eine plastische Verformung und damit eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile erzielen zu können. Die plastische Verformung kann bspw. durch Druckumformen mit Hilfe einer Druckflüssigkeit erfolgen.
Aufgrund der zusätzlichen plastischen Anpassung der korrespondierenden Vertiefungen bzw. Abschnitte auf Welle und Hülse bzw. Nabe entsteht eine feste und sichere form- und kraftschlüssige Verbindung, bei der ein Verrutschen der beiden Bauteile gegeneinander unmöglich ist.
Die hier beschriebene Welle-Nabe-Verbindung wird insbesondere an einer Schaltgabeleinheit eines Fahrzeuggetriebes eingesetzt. Die Verbindung enthält korrespondierende Vertiefungen bzw. Vorsprüngen an den miteinander im Eingriff befindlichen radialen Innenmantelflächen einer Nabe bzw. Hülse und Außenmantelflächen einer Welle. Der wenigstens eine Vorsprung, der in die korrespondierende Vertiefung eingreift, ist plastisch verformt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Nabe wenigstens eine Vertiefung an der Innenmantelfläche und die Welle wenigstens einen Vorsprung an der Außenmantelfläche. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Nabe mehrere Vertiefungen und die Außenmantelfläche der Welle die gleiche Anzahl an Vorsprüngen auf. In gleicher Weise können bei der alternativen Ausführungsvariante mehrere Vorsprünge an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse und mehrere entsprechende Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle vorgesehen sein.
Bei der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung ist die Nabe bzw. Hülse über ihren Umfang mit der Welle verpresst. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Nabe bzw. Hülse über ihren Umfang mit der Welle verklebt und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Hierbei kann jede dem Fachmann bekannte Methode zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung verwendet werden.
Die Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle bzw. an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse können bspw. mittels eines spanabhebenden Verfahrens eingebracht sein. Auf diese Weise können nahezu beliebige Konturen gebildet werden. Anschließend ist es sinnvoll, die Teile zu entgraten. Dies ist besonders wichtig, um zu vermeiden, dass Späne ins Getriebe gelangen und zu erheblichen Folgeschäden führen.
Beispielsweise können die Vertiefungen in Form von einer oder mehreren Bohrungen an der Außenmantelfläche der Welle angebracht werden. Die feste Verbindung mit der korrespondierend geformten Nabe bzw. Hülse kann durch Druckumformung hergestellt werden. Die an der Innenmantelfläche angeordneten Vorsprünge oder Stege werden dabei durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle eingedrückt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verbindung zwischen wenigstens einer geräumten und/oder gestoßenen Vertiefung an der Innenmantelfläche der Hülse bzw. Nabe und einer druckumgeformten Hohlwelle hergestellt. Die druckumgeformte Hohlwelle enthält an der Außenmantelfläche angeordnete Vorsprünge oder Stege. Diese Vorsprünge werden durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse eingedrückt.
Eine besonders einfach und kostengünstig zu fertigende Ausführungsvariante der Erfindung kann auch vorsehen, dass in die Nabe bzw. Hülse eine Durchgangsbohrung oder mehrere Durchgangsbohrungen eingebracht werden, die sinnvollerweise in einem Winkel von ca. 90 Grad zur Hülsenachse orientiert sind. Die Durchgangsbohrungen können allerdings auch schräg zu dieser Achse angeordnet sein, was ggf. aus Platzgründen sinnvoll sein kann. Beim anschließenden Druckumformen wird in die inneren Abschnitte dieser Bohrungen das Hohlwellenmaterial hinein gedrückt, wobei die Hohlwelle in diesen Bereichen plastisch verformt wird. Die dadurch erzeugten Stege oder Vorsprünge der Welle bilden eine formschlüssige Verbindung mit der Nabe bzw. Hülse, so dass eine verdrehsichere und hochbelastbare Welle-Nabe-Verbindung geschaffen ist. Der Umformvorgang erfolgt bspw. mittels hydraulischen Drucks bei einem Hochdruckumformverfahren. Diese Verfahren sind dem Fachmann bekannt und brauchen deshalb an dieser Stelle nicht näher ausgeführt werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung beschrieben. Die Welle-Nabe-Verbindung wird insbesondere bei einer Schaltgabeleinheit eines Fahrzeuggetriebes eingesetzt und weist korrespondierende Vertiefungen bzw. Vorsprünge an den miteinander im Eingriff befindlichen radialen Innenmantelflächen einer Nabe bzw. Hülse und Außenmantelflächen einer Welle auf. Dabei wird der wenigstens eine Vorsprung durch plastische Verformung in die korrespondierende Vertiefung gedrückt.
Bei dem Verfahren kann die Nabe bzw. Hülse über ihren Umfang mit der Welle verpresst, verklebt und/oder anderweitig stoffschlüssig verbunden werden.
Die Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle bzw. an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse können wahlweise mittels eines spanabhebenden Verfahrens oder durch spanlose Fertigungsverfahren eingebracht werden.
Beispielsweise wird eine druckumgeformte Nabe bzw. Hülse, verwendet, die an ihrer Innenmantelfläche angeordnete Vorsprünge oder Stege enthält. Diese werden durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle eingedrückt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine druckumgeformte Hohlwelle verwendet, deren an der Außenmantelfläche angeordnete Vorsprünge oder Stege durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse eingedrückt werden.
Zur Herstellung der Welle-Nabe-Verbindung kann die Verbindung einer einzelnen Vertiefung und eines einzigen korrespondierenden Vorsprungs verwendet werden. Um eine höhere Stabilität der Verbindung zu erreichen, weist die Nabe vorzugsweise wenigstens zwei Vertiefungen oder Vorsprünge und die Welle ebenfalls wenigstens zwei korrespondierende Vorsprünge oder Vertiefungen auf. Diese wenigstens zwei Verbindungselemente können dabei so angeordnet sein, dass sie auf der Welle bzw. Nabe jeweils gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Vertiefung muss weiterhin nicht die Form einer (Durch-)Bohrung aufweisen. Es ist auch eine Sacklochbohrung oder eine entsprechende, nicht durchgängige Materialvertiefung möglich, in die die korrespondierende Erhöhung eingreift. Dann sind nämlich auch Vertiefungen und korrespondierende Vorsprünge möglich, die sich über den gesamten Umfang der Welle und Nabe erstrecken, so dass die Verbindung an der Verbindungsstelle über den gesamten Umfang der Welle – ringförmig umschließend – hergestellt wird.
Die Erfindung bezieht sich zum einen auf die Verbindung an sich und zum anderen auf das Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt eine Schaltgabeleinheit mit einer Führung für eine Welle, bei der die Welle und die Führung erfindungsgemäß miteinander verbunden sind;
2 zeigt eine Querschnittdarstellung, bei der durch die Führung geschnitten wurde und
3 zeigt ein Detail der vergrößerten Querschnittdarstellung.
Eine mögliche Ausgestaltung einer Verbindung zwischen einer Welle und einer Hülse bzw. Nabe mit erfindungsgemäßer Verbindung wird anhand von 1 illustriert. Die 1 zeigt den Aufbau einer Schaltgabeleinheit. Diese besteht aus einem gabelförmigen Grundkörper 20 und einer Führung 14. Der Grundkörper 20 wird beispielsweise aus Blech oder aus einem anderen formstabilen Material hergestellt. Es kann sich auch um ein Gussbauteil handeln.
Die Führung 14 ist eine Hülse oder Nabe und weist ein Führungsloch auf, in dem eine Welle 12 geführt wird. Weiterhin weist die Führung 14 an ihrer Außenfläche eine Vertiefung 16 und an entsprechender Position der Innenfläche einen Vorsprung 15 (vgl. 2) auf. Die Schaltgabel 20 weist weiterhin an beiden Gabelenden Gleitschuhe 22 auf. Diese sind beispielsweise aus Kunststoff gefertigt und werden aufgesteckt bzw. eingepasst.
Die Detaildarstellungen der 2 und 3 verdeutlichen die Verbindung zwischen Hülse 14 und Welle 12. Die Welle 12 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegend angeordnete Bohrungen 13 auf, die jeweils als Sacklöcher ausgebildet sind. Die bereits oben beschriebenen Erhöhungen 15 innerhalb der Innenmantelfläche der Hülse 14 greifen jeweils in die Bohrungen 13 ein. Diese Bohrungen 13 sind entgratet und/oder angefast, so dass eventuell verbliebene Bohrspäne das Eingreifen nicht behindern können.
Die Herstellung der Verbindung erfolgt dadurch, dass zunächst die unverformte Hülse 14 über die Welle 12 geschoben und in die richtige Position gebracht wird. Nachdem die Hülse 14 richtig positioniert ist, werden die gegenüber liegenden Vertiefungen 16 an der Außenseite der Hülse eingedrückt, wodurch das Material zu fließen beginnt und mittels plastischer Verformung die als Erhöhungen 15 bezeichneten Zapfen an der Innenmantelfläche der Hülse 14 in die entsprechenden Vertiefungen bzw. Bohrungen 13 an der Außenmantelfläche der Welle 12 eingedrückt werden.
In entsprechender Weise kann auch eine kinematische Umkehrung der beschriebenen Verbindungsart erfolgen (nicht dargestellt), indem eine Hohlwelle verwendet wird, die durch Druckumformen mit einer Nabe oder Hülse verbunden wird, die an ihrer Innenmantelfläche geräumte oder gestoßene Vertiefungen aufweist. In diese Vertiefungen werden mittels plastischer Verformung Stege oder Erhöhungen an der Außenmantelfläche der Welle eingedrückt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3248197 A1 [0003]
- DE 10159441 A1 [0004]
- DE 10309407 A1 [0004, 0004]

Claims

Welle-Nabe-Verbindung einer Schaltgabeleinheit eines Fahrzeuggetriebes mit korrespondierenden Vertiefungen und Vorsprüngen an den miteinander im Eingriff befindlichen radialen Innenmantelflächen einer Nabe bzw. Hülse (14) und Außenmantelflächen einer Welle (12), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorsprung, der in die korrespondierende Vertiefung eingreift, plastisch verformt ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vertiefung an der Außenmantelfläche der Welle (12), in die ein korrespondierender, plastisch verformter Abschnitt bzw. Vorsprung an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14) eingreift.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vertiefung an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14), in die ein korrespondierender, plastisch verformter Abschnitt bzw. Vorsprung an der Außenmantelfläche der Welle (12) eingreift.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bzw. Hülse (14) über ihren Umfang mit der Welle (12) verpresst ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bzw. Hülse (14) über ihren Umfang mit der Welle (12) verklebt und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle (12) bzw. an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14) mittels spanabhebenden Verfahrens eingebracht sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Bohrung (13) oder mehrere Bohrungen (13) an der Außenmantelfläche der Welle (12).
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine druckumgeformte Nabe bzw. Hülse (14), deren an ihrer Innenmantelfläche angeordnete Vorsprünge (15) oder Stege durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle (12) eingedrückt sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine geräumte und/oder gestoßene Vertiefung an der Innenmantelfläche der Hülse (14) bzw. Nabe.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine druckumgeformte Hohlwelle, deren an der Außenmantelfläche angeordnete Vorsprünge (15) oder Stege durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14) eingedrückt sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bzw. Hülse (14) wenigstens eine Durchgangsbohrung aufweist, in die Vorsprünge (15) oder Stege der Hohlwelle hinein gedrückt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung einer Schaltgabeleinheit eines Fahrzeuggetriebes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte, • dass die korrespondierende Vertiefungen bzw. Vorsprünge an den miteinander im Eingriff befindlichen radialen Innenmantelflächen einer Nabe bzw. Hülse (14) und Außenmantelflächen einer Welle (12) eingebracht werden, und • dass der wenigstens eine Vorsprung (15) durch plastische Verformung in die korrespondierende Vertiefung gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe bzw. Hülse (14) über ihren Umfang mit der Welle (12) verpresst, verklebt und/oder stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle (12) bzw. an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14) mittels eines spanabhebenden Verfahrens eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine druckumgeformte Nabe bzw. Hülse (14), deren an ihrer Innenmantelfläche angeordnete Vorsprünge (15) oder Stege durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Außenmantelfläche der Welle (12) eingedrückt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine druckumgeformte Hohlwelle, deren an der Außenmantelfläche angeordnete Vorsprünge (15) oder Stege durch plastische Verformung formschlüssig in die korrespondierenden Vertiefungen an der Innenmantelfläche der Nabe bzw. Hülse (14) eingedrückt werden.