DE4335779C1 - Preßpassung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Preßpassung zwischen einer Keilwel­ le und einer Keilnabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der gattungsgemäß zugrundegelegten DE 29 25 058 A1 als bekannt hervorgeht.

In Treibachsen von Pkws mit einzeln aufgehängten Fahrzeugrädern ist für jedes Treibrad eine Antriebswelle mit zwei Gleichlauf- Drehgelenken erforderlich, deren Keilnabe über eine Keilver­ zahnung auf die entsprechende Keilwelle aufgepreßt ist. Wegen des häufigen Wechsels des Raddrehmomentes von Schub zu Traktion und umgekehrt, insbesondere bei einem Stau, ist ein guter, d. h. für alle Wellen gleichmäßig strammer, umfangsmäßiger Formschluß mit hohem Traganteil erwünscht. Da auf die Wellengelenke beim Einfedern außerdem Axialkräfte einwirken, ist außerdem ein guter und bei allen Wellen ein etwa gleich hoher Axialschluß gefordert. Diese Forderung wird bisher zumeist durch eine geeignete Passungswahl realisiert. Dazu ist es unvermeidlich, die mit hoher Präzision gefertigten Gelenkteile Stück für Stück zu vermessen und in mehrere, meist etwa sechs Paarungsklassen zu sortieren. Hierbei haben sich dadurch besonders hohe Zahlen von Klassen ergeben, daß zum einen an einer Welle beiderseits ein Keilwellenverzahnung angebracht war und jede Keilwellenver­ zahnung in eine andere Maßklasse fallen kann. Die Gesamtzahl der Maßklassen ergibt sich somit als das Quadrat der Anzahl der Paarungsklassen. Nachdem jedoch nicht nur für die Keilwellen- Keilnaben-Verbindung sondern auch für das eigentliche Wellen­ gelenk, d. h. für die Gelenknabe und den Gelenkring das Verfah­ ren der Passungsauswahl angewandt werden muß und hierfür eben­ falls mindestens sechs Meßklassen erforderlich sind, ergeben sich für die Gelenknaben auch mindestens 36 Meßklassen. Abge­ sehen von dem meßtechnischen Investitions- und Zeitaufwand ist für eine übersichtliche Bereitstellung der Werkstücke in derart vielen Meßklassen ein erheblicher Platz- und Materialaufwand notwendig, der sehr viel Kapital binde. Wegen der Passungs­ auswahl ist auch eine Nacharbeit oder eine Reparatur sehr erschwert bzw. verteuert, weil eine Teilerneuerung nicht möglich ist.

Eine Abhilfe ist aus der zugrundegelegten DE 29 25 058 A1 be­ kannt, die eine Preßpassung zwischen einer Keilwelle und einer Keilnabe betrifft. In diesem Fall ist entweder die Verzahnung der Keilwelle gegenüber der Verzahnung der Keilnabe gehärtet oder die Keilwelle zumindest im Bereich ihrer Verzahnung gegen­ über der Keilnabe aus einem härterem Material gefertigt. Die Keile der Keilwellenverzahnung weisen an ihrer Stirnseite eine in Einsteckrichtung der Keilwelle in die Keilnabe ansteigende Anschrägung auf, die u. a. ein Einführen der Keilwelle in die Verzahnung der Keilnabe erleichtert. Die Anschrägung weist seitliche, als Schneidekanten ausgebildete Kanten auf, die gleichzeitig die stirnseitige Begrenzungen der Seitenflanken der Keilwellenzähne bilden. Die Schneidkanten schneiden beim axial definierten Einpressen der Keilwelle in die Keilnabe das Material der mit Untermaß gefertigten Verzahnung der Keilnabe auf Maß, indem das Material der Verzahnung der Keilnabe zumin­ dest teilweise verdrängt wird. Durch diese Ausbildung der Keil­ wellenzähne weist eine derartig kostengünstig zu fertigende Preßpassung eine hohe mechanische Festigkeit auf, wobei auch ein besonders hohes Drehmoment übertragbar ist. Allerdings muß bei einigen Anwendungen, wie insbesondere bei Hinterachswellen, Gelenkringen, Antriebskegelrädern oder Getriebewellen, ein die aus der Keilnabe austretende Stirnseite der Keilwelle sorgfäl­ tig von beim Verpressen anfallenden Spänen gereinigt werden, da diese beim Betrieb derartiger Preßpassungen ansonst zu ander­ weitigen Beschädigungen führen könnten. Dies Reinigung ist je­ doch zeit- und kostenintensiv. Bei einer reinen Verdrängung ist ferner zu beachten, daß hierbei die Außenmaße der Keilnabe ver­ ändert werden, weshalb in diesem Fall die Außenfläche der Nabe nachgearbeitet werden muß.

Eine andere Möglichkeit die Gefahr durch die austretenden Späne zu vermeiden, ist aus der DE 37 32 223 A1 bekannt. In dieser Schrift wird vorgeschlagen, das Keilwellenprofil mit Quernuten zu versehen, die einen beim Verpressen entstehenden Span auf­ nehmen, so daß er am stirnseitigen Austreten gehindert ist. Diese Art der Entfernung eines Spanes ist bei der Fertigung der Verzahnung der Keilwelle jedoch mit einem zusätzlichen Arbeits­ schritt verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Preßpassung zu entwic­ keln, die bei Beibehaltung der bekannten Vorteile kostengünsti­ ger und mit guter Maßhaltigkeit der Außenfläche der Nabe herzu­ stellen ist, wobei die Gefahr durch austretende Späne weiter verringert bzw. ausgeschlossen ist.

Die Aufgabe wird bei der vorbekannten Preßverbindung erfin­ dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Stirnseite der Zähne der Keilwellenverzahnung wird das überschüssige Material der Verzahnung der Keilnabe maximal nur bis kurz vor dem austrittsseitigen Endbereich der Keilwelle aus der Keilnabe geschnitten, so daß sich erst gar kein freier Span bilden kann. Dadurch verbleibt das verdrängte bzw. geschnittene Material der Verzahnung der Keilnabe bspw. innerhalb der Taschen der Keil­ nabe, wobei es vorzugsweise endseitig stets einen Materialver­ bund mit der Keilnabe aufweist. Da ferner nur ein geringes Materialvolumen verdrängt wird, ist eine gute Maßhaltigkeit der Nabe gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehm­ bar.

Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Keilwelle mit zugehöriger Keilnabe, wobei die Keilnabe entlang einer axialen Ebene geschnitten ist,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Zahnes der Keilwellenverzahnung und

Fig. 3 eine Detailvergrößerung eines Schnittes durch eine Preßpassung.

In Fig. 1 ist eine Keilwelle 1 und eine zugehörige Keilnabe 2 vor dem Zusammenbau dargestellt. Die gegenüber der Keilnabe 2 aus härterem Material gefertigte Keilwelle 1 weist an ihrem Endbereich eine außenseitig angeordnete und achsparallel zur Rotationsachse 13 der Keilwelle 1 verlaufende Keilwellen­ verzahnung auf.

Die Keilnabe 2 weist eine axial ausgerichtete Bohrung auf, deren Oberfläche mit einer der Keilwellenverzahnung weitgehend entsprechenden Keilnabenverzahnung versehen ist. Allerdings weist die Keilnabenverzahnung im vorgefertigten Zustand gegen­ über der Keilwellenverzahnung ein Untermaß auf; d. h. die Zahn­ lücken der Keilnabenverzahnung haben eine lichte Weite, die gegenüber der entsprechenden Breite der Zähne 4 der Keilwellen­ verzahnung geringer ist. Die Tiefe einer Zahnlücke bzw. die Höhe eines Zahnes der Keilnabenverzahnung ist größer als die zwischen dem Zahnfuß und dem Zahnkopf 11 eines Zahnes 4 der Keilwellenverzahnung gemessene Höhe, wodurch die Preßpassung zwischen einem Zahnlückengrund 14 der Keilnabenverzahnung und einem Zahnkopf 11 der Keilwellenverzahnung immer einen Freiraum 15 aufweist.

Damit das Untermaß der Zahnlücke der Keilnabenverzahnung besei­ tigt werden kann, sind die einsteckseitig vorderen Kanten der Zahnflanken der Keilwellenverzahnung als Schnittkanten 5 ausge­ bildet, die bei der Herstellung der Preßpassung, also beim pressenden Einstecken der Keilwelle 1 in die Keilnabe 3 an den Zahnflanken 9 der Keilnabenverzahnung spanend zum Eingriff ge­ langen.

Die Einstecktiefe der Keilwelle 1 in die Keilnabe 2 ist durch einen eine Schulter 3 aufweisende Bund 10 begrenzt, wobei die Zahnlänge "A" eines Zahnes 4 der Keilwellenverzahnung zwischen der Schnittkante 5 und der Schulter 3 geringer als die Axial­ erstreckung "B" der Keilnabe 2 ist. Dank dieser Ausbildung der Keilwellenverzahnung können die Zahnflanken 9 der Keilnaben­ verzahnung nicht auf ihrer der gesamten Axialerstreckung "B" der Keilnabe 2 entsprechenden Länge geschnitten werden, sondern nur bis kurz vor dem austrittsseitigen Endbereich der Keilwelle 1 aus der Keilnabe 2. Dadurch bildet sich erst gar kein freier Span 17 aus. Vielmehr verbleibt das geschnittene Material des einseitig freien und endseitig stets einen Materialverbund 18 mit der Keilnabe 2 aufweisenden Spanes 17 stets innerhalb der Keilnabe 2. Da hierbei ferner nur ein geringes Materialvolumen verdrängt wird, ist eine gute, insbesondere außenseitige Maßhaltigkeit der Keilnabe 2 gewährleistet.

Die Realisierung des endseitig angeordneten und den Span 17 innerhalb der Keilnabe 2 haltenden Materialverbundes 18 wird günstig beeinflußt, indem an der Zahnstirnseite 6 eines Zahnes 4 der Keilwellenverzahnung stirnseitig eine Nase 7 angeordnet wird, die mit den Zahnflanken 9 der gegenüberliegenden Zähne der Keilnabenverzahnung Spantaschen ausbildet. In diesen Span­ taschen kann sich das Material des Materialverbundes 18 aus­ breiten, und sich eventuell zumindest teilweise zusammen mit Material des Spanes 17 einpressen. Zur Ausbildung dieser Span­ tasche weist die Nase 7 einen Querschnitt auf, der geringer als der Querschnitt eines Zahnes 4 der Keilwellenverzahnung ist. Im Bereich der Zahnstirnseite 6 eines Zahnes 4 der Keilwellenver­ zahnung geht die jeweilige einen Abstand von der gegenüberlie­ genden Zahnflanke 9 der Keilnabenverzahnung aufweisende Seiten­ fläche 8 der Nase 7 in die zugeordnete Schnittkante 5 des Zah­ nes 4 der Keilwellenverzahnung über.

Die Schnittkanten 5 sind günstigerweise tangential zu einem Ke­ gelmantel ausgerichtet, dessen Spitze in Einsteckrichtung der Keilwelle 1 in die Keilnabe 2 weist. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Schnittkante 5 mit der Rotationsachse 13 der Keilwelle 1 einen Winkel zwischen 10° und 40°, insbesondere zwischen 15° und 30° einschließt. Bei einer derartigen Neigung der Schnittkante 5, der ja die Seitenfläche 8 der zugehörigen Nase 7 vorgeordnet und insbesondere daran in­ tegriert ist, fließt der geschnittene Span 17 wie auf einer Gleitfläche in den zwischen einem Zahnlückengrund 15 einer Zahnlücke der Keilnabenverzahnung und einem Zahnkopf 11 eines Zahnes 4 der Keilwellenverzahnung gebildeten Freiraum 15.

Die Ableitung des Spanes 17 kann ferner noch dadurch verbessert werden, wenn die in den Zahnkopf 11 übergehende Dachfläche 12 der Nase 7 zumindest bereichsweise über eine zur Schulter 3 hin ansteigende Anschrägung in den Zahnkopf 11 übergeht.

Diese vorteilhafte Ableitung der freien Bereiche der geschnit­ tenen Späne 17 ist u. a. daran zu erkennen, wenn bei einer derartig vorgenommenen Preßpassung die Keilwelle 1 heraus­ gezogen wird, da in diesem Fall die freien Bereiche der geschnittenen Späne von der Keilnabenverzahnung der Keilnabe 2 wie Haare von einer Kopfhaut entgegen der Einsteckrichtung der Keilwelle 1 in die Keilnabe 2 abstehen.

Die bis zu der Schulter 3 in die Keilnabe 2 eingesteckte Keil­ welle 1 weist im Bereich ihres aus der Keilnabe 2 wieder ausge­ tretenen Endstückes eine Ringnut 16 auf. Diese Ringnut 16 ist zur Anordnung eines konterwirksamen Sicherungsringes, bspw. eines Sprengringes, vorgesehen.

In besonderer Ausgestaltung kann ein Sicherungsring 19 mit ei­ ner konischen Mantelfläche versehen sein, deren äußerer Rand sich an die Keilnabe 2 anlegt und so zugleich die Keilverzah­ nungen abdeckt. Hierbei ist weiter von Vorteil, daß dieser in der Ringnut 16 angeordnete Sicherungsring eine axiale Kraft zwischen der Keilwelle 1 und der Keilnabe 2 ausüben kann, wo­ durch die Keilwelle 1 in der Keilnabe 2 zusätzlich gesichert ist.

Claims (5)

1. Preßpassung zwischen einer Keilnabe und einer Keilwelle, wo­ bei das Material der Keilwellenverzahnung härter als das Mate­ rial der Keilnabenverzahnung ist, wobei die Keilwelle an ihrem Endbereich eine außenseitig angeordnete und achsparallel zur Rotationsachse der Keilwelle verlaufende Keilwellenverzahnung aufweist, wobei die Keilnabe eine innenliegende und der Keil­ wellenverzahnung weitgehend entsprechende Keilnabenverzahnung aufweist, die im vorgefertigten Zustand gegenüber der Keilwel­ lenverzahnung mit Untermaß versehen ist, wobei die einstecksei­ tig vordere Kanten der Zahnflanken der Keilwellenverzahnung Schnittkanten ausbilden, die beim Einstecken der Keilwelle in die Keilnabe an den Zahnflanken der Keilnabenverzahnung spanend zum Eingriff gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstecktiefe der Keilwelle (1) in die Keilnabe (2) durch eine Schulter (3) begrenzt ist, und daß die Zahnlänge (A) eines Zahnes (4) der Keilwellenverzahnung zwischen der Schnitt­ kante (5) und der Schulter (3) geringer als die Axialerstrec­ kung (B) eines Zahnes bzw. einer Zahnlücke der Keilnabenverzah­ nung der Keilnabe (2) ist.

2. Preßpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (4) der Keilwellenverzahnung an seiner einführ­ seitigen Zahnstirnseite (6) eine Nase (7) aufweist, wobei der Querschnitt der Nase (7) geringer als der Querschnitt eines Zahnes (4) der Keilwellenverzahnung ist, wobei die jeweilige Seitenfläche (8) der Nase (7) in die zugeordnete Schnittkante (5) übergeht und wobei zumindest eine Seitenfläche (8) der Nase (7) gemeinsam mit der gegenüberliegenden Zahnflanke (9) eines Zahnes der Keilnabenverzahnung eine Spantasche ausbildet.

3. Preßpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittkanten (5) tangential zu einem Kegelmantel aus­ gerichtet sind, dessen Spitze in Einsteckrichtung weist.

4. Preßpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulter (3) durch eine Bund (10) gebildet ist.

5. Preßpassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachfläche (12) der Nase (7) über eine zur Schulter (3) hin ansteigende Anschrägung in den Zahnkopf (11) übergeht.