DE19929639B4 - Welle-Nabe-Verbindung mit umgeformten Anschlagschrägen in Wellenverzahnung - Google Patents

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Abstract

Welle mit einer durch Ziehen hergestellten Wellenverzahnung an zumindest einem der Wellenenden zur drehfesten und axial gesicherten Befestigung eines Nabenkörpers auf der Welle, wobei die Ausläufe der Verzahnungsnuten spanlos ungeformte Anschlagschrägen von mindestens 35 DEG Neigung zur Längsachse der Welle aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung aus einer Welle mit einer durch Ziehen hergestellten Wellenverzahnung an zumindest einem der Wellenenden und einem verdrehfest und axial gesichert auf der Welle befestigten Nabenkörper.
  • Bei den angesprochenen Nabenkörpern handelt es sich häufig um Gelenkinnenteile von Gleichlaufdrehgelenken oder spezieller um Kugelnaben von Kugelgleichlaufdrehgelenken. Diese werden mit einer Gegenverzahnung zur Wellenverzahnung ausgebildet und auf die Wellenenden aufgeschoben. Hier müssen sie in möglichst genauer axialer Position zum Wellenende in beiden Richtungen gegen axiales Verschieben gesichert werden. Die Anschlagmittel für die axiale Sicherung sind in der Regel jeweils nur in einer Richtung wirksam ausgeführt und bestehen beispielsweise aus einem Bund oder einem in eine Sicherungsnut eingesetzten Rechteckring am Verzahnungsauslauf, gegen den die Nabe anschlägt und einen weiteren Sicherungsring, der in eine Sicherungsnut in einem über die Nabe überstehenden Endabschnitt der Wellenverzahnung eingesetzt ist.
  • Die beim Ziehen einer Wellenverzahnung gebildeten Verzahnungsausläufe der Verzahnungsnuten erfüllen die Funktion eines genauen Anschlages nicht; die beim Ziehen entstehenden Toleranzen sind zu groß, als daß bei einem durch spanende Bearbeitung her gestellten Sitz für einen Gegenanschlag am äußeren Wellenende hiermit eine im wesentlichen spielfreie axiale Sicherung erzeugt werden könnte.
  • Um die Ausläufe von durch Ziehen hergestellten Verzahnungsnuten auch als Anschlag verwenden zu können, ist in der DE 42 29 726 C2 vorgeschlagen worden, diese unvermeidlichen Toleranzen durch ein zusätzliches plastisches Sicherungselement zwischen Nabenkörper und Verzahnungsausläufen auszugleichen. Infolge der damit komplizierteren Montage sind derartige Axialsicherungen bisher nicht in die Praxis umgesetzt worden.
    •
  • Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, für Welle-Naben-Verbindungen mit Wellen mit gezogener Wellenverzahnung eine verbesserte Ausgestaltung der Anschlagmittel sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung bereitzustellen, die bei konstruktiv einfacher Ausgestaltung und axial genauer Fixierung eine einfache Montage ermöglichen. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Ausläufe der Verzahnungsnuten der Wellenverzahnung spanlos umgeformte Anschlagschrägen von mindestens 35° Neigung zur Längsachse der Welle aufweisen, an denen sich den Anschlagschrägen entsprechende Kantenbrechungen der Gegenverzahnung am Nabenkörper abstützen.
  • Hiernach wird die Verzahnung beim Ziehen zunächst unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Toleranzen in einer Länge hergestellt, bei der die Verzahnungsausläufe noch geringfügig geringeren Abstand vom Wellenende haben als die konstruktiv festgelegten Anschläge; danach werden diese Anschläge in einem zusätzlichen plastischen Umformschritt exakt eingeprägt. Durch einen Winkel von mindestens 35° wird eine exakte Anschlagfläche für eine entsprechende Kantenbrechung der Nabenverzahnung zur axialen Fixierung von Nabe und Welle ohne zusätzliche konstruktive Elemente gebildet.
  • In bevorzugter Ausführung wird hierbei zugleich sichergestellt, daß die Verzahnungsnuten in einem Endabschnitt zu den An schlagschrägen hin zunehmend breiter werden, d.h. daß die Zähne der Wellenverzahnung in einem Endabschnitt zu den Anschlagschrägen hin zunehmend verjüngt sind. Dies vermeidet Torsionsbelastungsspitzen am wellenschaftseitigen Nabenende, da sich die Welle hierbei bei durchgehend gleichmäßiger Innenverzahnung der Nabe im Bereich der Verzahnungsausläufe natürlich zunehmend tordieren kann.
  • In weiter günstiger Ausgestaltung ist vorgesehen, daß am Wellenende vor der Wellenverzahnung ein unverzahnter Zylinderabschnitt mit einer spanlos umgeformten eingeformten Sicherungsnut ausgebildet ist. Hiermit können die zweiten axialen Anschlagmittel, bestehend aus Sicherungsnut und eingesetzten Sicherungsring, auf einfache Weise hergestellt werden, ohne daß die bereits gezogene Wellenverzahnung davon berührt wird, d.h. zu beseitigende Grate an angeschnitten Zähnen der Wellenverzahnung entstehen nicht.
  • Eine weiterführende Ausbildung geht dahin, daß am Wellenende mit Abstand zum Verzahnungsauslauf der Wellenverzahnung eine weitere eingeformte Sicherungsnut spanlos umgeformt eingeformt ist. Die Vorteile bei der Herstellung sind die gleichen wie zuvor erläutert, eine Sicherungsnut dieser Art ist zur Aufnahme eines Anschlagringes üblich, der bei der Nabenmontage der Axialsicherung der Welle dient und der danach funktionslos in seiner Sicherungsnut verbleibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Wellenverzahnung an zumindest einem der Wellenenden einer Welle für eine Welle-Nabe-Verbindung der genannten Art, bei dem die Wellenverzahnung durch Einführen des Wellenendes in eine Ziehmatrize erzeugt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß nach dem Zurückziehen des Wellenendes aus der Ziehmatrize (nach dem Ziehvorgang) die Ausläufe der Verzahnungsnuten durch spanloses Umformen auf einen Winkel von mindestens 35° gebracht werden. Hierbei ist inbesondere vorgesehen, daß die Verzahnungsnuten über einen wesentlichen Teil ihrer Länge vollständig unverändert bleiben und in einem Endabschnitt zum Verzahnungsauslauf hin durch spanloses Umformen zunehmend verbreitert werden. Das Ausbilden der Anschlagschrägen und die Verbreiterung der Verzahnungsnuten, d.h. die damit erfolgende Verminderung der Zahnbreite zum Auslauf hin, erfolgt hierbei in ein und demselben Verfahrensschritt.
  • Das Umformen der Verzahnungsausläufe erfolgt insbesondere durch radiales Drücken. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß das radiale Drücken in in Umfangsrichtung abwälzender Bewegung erfolgt.
  • Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß gleichzeitig mit dem spanlosen Umformen der Verzahnungsausläufe und insbesondere mit dem gleichen Werkzeug zumindest eine Sicherungsnut durch spanlose Umformung erzeugt wird. Auch diese Sicherungsnut wird somit vorzugsweise durch radiales Drücken erzeugt, das wiederrum bevorzugt in in Umfangsrichtung abwälzender Bewegung erfolgt. Die erste der genannten Sicherungsnuten wird hierbei auf einem unverzahnten Zylinderabschnitt am Wellenende vor der Wellenverzahnung eingeprägt, die zweite der genannten Sicherungsnuten wird dabei mit Abstand zum Verzahnungsauslauf der Wellenverzahnung eingeprägt.
  • Zur spanlosen Umformen durch radiales Eindrücken in abwälzender Bewegung werden Rollwerkzeuge vorgeschlagen, die eine in die Wellenverzahnung eingreifende Gegenverzahnung aufweisen, die auf einen Teil der Verzahnungslänge beschränkt ist und auslaufseitige Stirnflanken von mindestens 35° zur Wellenachse hat. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß diese Rollwerkzeuge zumindest eine durchgehende, parallel zur Gegenverzahnung verlaufende Druckwulst zur Erzeugung einer Sicherungsnut in axialem Abstand von der Gegenverzahnung aufweisen sowie weiterhin, daß zwischen der Gegenverzahnung und der Druckwulst ein Freistich ausgebildet ist, der einen Abstand zu den Köpfen der gezogenen Wellenverzahnung sicherstellt.
  • Die Werkzeuge können hierbei zum Verzahnungsrollen zumindest eine zur Welle achsparallele formgebende Rolle und mehrere umfangsverteilte Stützrollen umfassen (runde Werkzeuge); sie können nach einer anderen Möglichkeit zum Verzahnungswalzen durch zwei bezüglich der Welle auf entgegengesetzten Seiten gegenüberliegende Walzbalken mit gegenläufiger Bewegung gebildet werden (gerade Werkzeuge). Die vorher durch Ziehen hergestellte Wellenverzahnung wird mit diesen Werkzeugen im Bereich ihres Verzahnungsauslaufes nochmals nachgeformt, wobei exakte Anschlagschrägen entstehen und ggf. auch die Verzahnungsbreite zur besseren Drehmomenteinleitung zum Auslauf hin zunehmend reduziert wird. Gleichzeitig mit den Umformvorgängen an der Wellenverzahnung können ein oder zwei Sicherungsnuten in zylindrische Wellenabschnitte eingedrückt werden, ohne daß die über einen wesentlichen Teil ihrer Länge bereits fertiggestellte Wellenverzahnung hiervon berührt wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Welle als Zwischenwelle kombiniert mit zwei Gleichlaufdrehgelenken und abgedichtet mit zwei Faltenbälgen in einer Anwendung als Seitenwelle für ein Kraftfahrzeug;
  • 2a zeigt eine erste Ausgestaltung der Verbindung zwischen Wellenende und Nabenkörper nach dem Stand der Technik;
  • 2b zeigt eine zweite Ausgestaltung der Verbindung zwischen Wellenende und Nabenkörper nach dem Stand der Technik;
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung zwischen Wellenende und Nabenkörper;
  • 4 zeigt ein Wellenende mit einer Ziehmatrize zur Darstellung des Ziehverfahrens
    • a) im Längshalbschnitt,
    • b) in radialer Ansicht;
  • 5 zeigt ein Wellenende mit einem Werkzeug zum radialen Drücken des Verzahnungsauslaufes und einer Sicherungsnut
    • a) im Längshalbschnitt,
    • b) in radialer Ansicht;
    • c) im Querschnitt gemäß der Schnittlinie A-A (ohne Werkzeug).
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Welle 11, die mit Wellenverzahnungen 12, 13 an ihren beiden Enden versehen ist. Auf diesen sind mit entsprechenden Gegenverzahnungen versehene Nabenkörper 14, 15 aufgeschoben, die Bestandteil von nicht weiter im einzelnen beschriebenen Gleichlaufdrehgelenken 16, 17 sind. Die Gelenke sind durch Faltenbälge 18, 19 gegenüber der Welle 11 abgedichtet. Erste Axialanschlagmittel werden durch Anschlagschrägen 20, 21 am wellenschaftseitigen Ende der Wellenverzahnung gebildet. Zweite axiale Anschlagmittel werden durch die in den Sicherungsnuten eingesetzten Sicherungsringe 22, 23 an überstehenden zylindrischen Abschnitten des Wellenendes gebildet. Mit einigem Abstand zum Verzahnungsauslauf sind in Sicherungsnuten eingesetzte weitere Sicherungsringe 24, 25 erkennbar, mit Hilfe derer die Welle zur Montage der Naben gehalten wird und die funktionslos nach der Montage in ihren Nuten verbleiben.
  • In 2a ist ein Wellenende 31 mit einer Wellenverzahnung 32 gezeigt, auf die ein Nabenkörper 33 mit einer Gegenverzahnung 34 aufgeschoben ist. Die Welle hat an ihrem Ende einen unverzahnten zylindrischen Abschnitt 35, in dem eine Sicherungsnut 36 eingestochen ist, in die ein Sicherungsring 37 eingesetzt ist. Gegen diesen stützt sich der Nabenkörper 33 axial zum Wellenende hin ab. In das Wellenende ist im Bereich des Verzahnungsauslaufes der Wellenverzahnung 32, die insbesondere durch Ziehen hergestellt sein kann, eine Trapeznut 38 eingestochen, die wellenschaftseitig eine Anschlagschräge 39 bildet. An dieser lagegenauen Anschlagschräge 39 können sich die Kantenbrechungen 40 der Innenverzahnung 34 des Nabenkörpers 33 lagegenau abstützen.
  • In 2b ist ein Wellenende 41 mit einer durch Ziehen hergestellten Wellenverzahnung 42 gezeigt, auf das ein Nabenkörper 43 mit einer Gegenverzahnung 44 verdrehsicher aufgeschoben ist. Die Welle hat an ihrem Ende einen unverzahnten zylindrischen Abschnitt 45, in dem eine Sicherungsnut 46 eingestochen ist, in die ein Sicherungsring 47 eingesetzt ist. Der Verzahnungsauslauf 49 der gezogenen Wellenverzahnung 42 hat aufgrund unvermeidlicher Toleranzen einen Abstand von den Kantenbrechungen 50 der Innenverzahnung 44 einzuhalten. Hierdurch ist die Nabe 43 lageungenau und mit axialem Spiel auf dem Wellenende 41 positioniert.
  • In 3 ist eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Wellenende 61 und einer Wellenverzahnung 62 gezeigt, auf das ein Nabenkörper 63 mit einer Gegenverzahnung 64 verdrehsicher aufgeschoben ist. Die Welle hat an ihrem Ende einen unverzahnten zylindrischen Abschnitt 65, in dem eine Sicherungsnut 66 spanlos eingeformt ist, in die ein Sicherungsring 67 eingesetzt ist. Der Verzahnungsauslauf der gezogenen Wellenverzahnung wird durch eine spanlos geformte Anschlagschräge 69 mit einem Winkel von mindestens 35° gebildet, an der sich die Kantenbrechungen 70 der Innenverzahnung 64 abstützen. Hierdurch ist die Nabe 63 lagegenau und spielfrei auf dem Wellenende 61 positioniert.
  • In 4 ist ein Wellenende 71 gezeigt, deren Wellenverzahnung 72 gerade von einer dazu relativ axial bewegten Ziehmatrize 91 erzeugt worden ist. Die Stirnflächen 92 der Zähne 93 der Ziehmatrize haben einen kleinen Einlaufwinkel und erzeugen dementsprechend ungenaue Verzahnungsausläufe 79'. Vor der Wellenver zahnung 72 liegt ein unberührter Zylinderabschnitt 75, der bereits zuvor gegenüber dem Wellendurchmesser soweit abgedreht war, daß sein Durchmesser unter den Fußdurchmesser der Wellenverzahnung 72 liegt.
  • In 5 ist das Wellenende 71 mit der Wellenverzahnung 72 erkennbar, an dem ein Rollwerkzeug 81 einen Gegenverzahnungsbereich 82 am Verzahnungsauslauf aufweist, bei dem die Stirnflächen 84 der Gegenverzahnung 82 relativ steil sind und einen Winkel von mindestens 35° zur Längsachse in der Welle bilden. Zugleich haben die Zähne 85 der Gegenverzahnung 82 zunehmend verbreiterte Enden 86, die die Zähne der Wellenverzahnung 72 durch ihre dazwischenliegenden verjüngten Freiräume zum Verzahnungsauslauf in der Breite reduzieren. Die Stirnflanken 84 bilden Anschlagschrägen 79 exakter Lage und mit vergrößertem Anschlagwinkel an der Wellenverzahnung 72. Von einem wesentlichen Teil der Wellenverzahnung 72 hat das Rollwerkzeug 81 radialen Abstand durch einen Freistich 89. Im Bereich des Zylinderabschnitts 75 des Wellenendes 71 hingegen ist an dem Rollwerkzeug 81 eine Druckwulst 88 ausgebildet, die im Bereich des Zylinderabschnittes eine Ringnut 76 in das Wellenende eindrückt.

Claims (17)

  1. Welle-Nabe-Verbindung aus einer Welle (11) mit einer durch Ziehen hergestellten Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) an zumindest einem der Wellenenden (61, 71) und einem verdrehfest und axial gesichert auf der Welle befestigten Nabenkörper (14, 15, 63), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausläufe der Verzahnungsnuten der Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) spanlos umgeformte Anschlagschrägen (20, 21, 69, 79) von mindestens 35° Neigung zur Längsachse der Welle (11) aufweisen, an denen sich den Anschlagschrägen (20, 21, 69, 79) entsprechende Kantenbrechungen (70) der Gegenverzahnung (64) am Nabenkörper (14, 15, 63) abstützen.
  2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsnuten in einem Endabschnitt zu den Anschlagschrägen (20, 21, 69, 79) hin zunehmend breiter werden.
  3. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Wellenende (61, 71) vor der Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) ein unverzahnter Zylinderabschnitt (65, 75) mit einer eingeformten Sicherungsnut (66, 76) ausgebildet ist.
  4. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Wellenende (61, 71) mit Abstand zum Verzahnungsauslauf der Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) in dem zylindrischen Wellenschaft eine weitere eingeformte Sicherungsnut ausgebildet ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) an zumindest einem der Wellenenden (61, 71) einer Welle (11) für eine Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Wellenverzahnung (12, 13, 62, 72) durch Einführen des Wellenendes (61, 71) in eine Zieh- matrize (91) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zurückziehen des Wellenendes (61, 71) aus der Ziehmatrize (91) (nach dem Ziehvorgang) die Ausläufe der Verzahnungsnuten durch spanloses Umformen auf einen Schrägungswinkel von mindestens 35° zur Längsachse der Welle (11) gebracht werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausläufe der Verzahnungsnuten durch radiales Drükken umgeformt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Drücken in in Umfangsrichtung an der Welle abwälzender Bewegung erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem spanlosen Umformen der Ausläufe der Verzahnungsnuten zumindest eine Sicherungsnut (66, 76) an einem zylindrischen Abschnitt (65, 75) der Welle (11) durch spanlose Umformung erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Sicherungsnut (66, 76) durch radiales Drücken erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Drücken in in Umfangsrichtung abwälzender Bewegung erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Sicherungsnut (66, 76) auf einem unverzahnten Zylinderabschnitt (65, 75) am Wellenende (61, 71) vor der Wellenverzahnung (62, 72) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Sicherungsnut mit Abstand zum Auslauf der Verzahnungsnuten der Wellenverzahnung (62, 72) erzeugt wird.
  13. Rollwerkzeuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in die Wellenverzahnung (72) eingreifende Gegenverzahnung (82) aufweisen und diese auf einen Teil der Verzahnungslänge, ausgehend vom Verzahnungsauslauf, beschränkt ist und verzahnungsauslaufseitige Stirnflanken (84) von mindestens 35° Schrägungswinkel zur Längsachse der Welle (11) hat.
  14. Rollwerkzeuge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest eine durchgehende, parallel zur Gegenverzahnung (82) verlaufende Druckwulst (88) zur Erzeugung einer Sicherungsnut (66, 76) in axialem Abstand von der Gegenverzahnung (82) aufweisen.
  15. Rollwerkzeuge nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gegenverzahnung (82) und der Druckwulst (88) ein Freistich (89) ausgebildet ist, der einen Abstand zu den Köpfen der gezogenen Wellenverzahnung (62, 72) sicherstellt.
  16. Rollwerkzeuge nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollwerkzeuge zumindest eine zur Welle achsparallele Rolle zur Ausführung von Rotationsbewegungen umfassen.
  17. Rollwerkzeuge nach einem der Ansprüche 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollwerkzeuge zwei sich bezüglich der Welle auf entgegengesetzten Seiten gegenüberliegende Walzbalken zur Ausführung von gegenläufigen Linearbewegungen umfassen.
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