WO2011160240A1 - Wellenkörper mit einem abschnitt mit einer längsgerändelten aussenkontur - Google Patents

Wellenkörper mit einem abschnitt mit einer längsgerändelten aussenkontur Download PDF

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WO2011160240A1
WO2011160240A1 PCT/CH2010/000161 CH2010000161W WO2011160240A1 WO 2011160240 A1 WO2011160240 A1 WO 2011160240A1 CH 2010000161 W CH2010000161 W CH 2010000161W WO 2011160240 A1 WO2011160240 A1 WO 2011160240A1
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WO
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outer contour
shaft body
hub
longitudinally
section
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PCT/CH2010/000161
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Inventor
Peter Meusburger
Original Assignee
Jansen Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/0852—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • F16D1/0858—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to the elasticity of the hub (including shrink fits)

Definitions

  • the present invention relates to a Wel ⁇ len redesign having a portion with a longitudinally knurled outer contour and a shaft assembly comprising such a shaft body according to the preambles of the independent claims.
  • the receiving bore of the hub body is enlarged and, accordingly, the required minimum external dimensions of the same.
  • hub connections are known in which a hub body is pressed with a cylindrical receiving bore on a longitudinally knurled portion of a shaft body.
  • the longitudinal knurls furrow in the smooth receiving bore of the hub body, so that a positive and positive hub connection between the hub body and shaft body is created.
  • this technique for producing a hub connection there is a risk that it may come to a pre-damage of the hub body during assembly and to increased risk of cracking due to abrupt, jerky force fluctuations or impact effects in the hub body, so this process does not without restrictions for very thin or hardened hub body.
  • a first aspect of the invention relates to a shaft body, preferably of metal, having a portion with a longitudinally-knurled outer contour, for forming a hub connection between the shaft body and a hub body by pressing the hub body in the axial direction onto the longitudinally-knurled outer contour.
  • the longitudinally knurled outer contour of the shaft body, starting from one end of the section, is progressively more or less progressively circumferentially formed over at least a portion of the section.
  • the shaft body according to the invention leads to a gentle, material-sparing increase in the pressing force during joining and thus effectively reduces the danger that during the production of the hub connection pre-damage of the hub body and increased risk of cracking due to abrupt, impact-like force fluctuations or from impact effects in the hub body comes. Accordingly, the shaft body according to the invention is also particularly suitable for very thin or hardened hub bodies, in particular for the formation of built-up camshafts and gear shafts.
  • the subregion in which the longitudinally contoured outer contour is progressively formed extends at least over one sixth, in particular over one quarter and in particular over one third of the longitudinally interlaced section.
  • the remaining areas of the section advantageously have a circumferentially constant, cylindrical longitudinally-knurled outer contour.
  • the hub material and the desired torque transmission capability of the hub connection to be produced one or the other variant may be more advantageous.
  • the shaft body is the longitudinally knurled outer contour over the entire section continuously or gradually formed in the scope increasingly. This results in the joining with a hub body with a cylindrical receiving bore over the entire joining process, an increase in the pressing force.
  • the longitudinally-knurled outer contour of the section is polygonal or essentially circular.
  • Such outer contour shapes are particularly suitable for the production of hub connections according to the invention.
  • the longitudinally-knurled outer contour in the region in which it is increasingly formed in the circumference is preferably uniform with a pitch angle with respect to the longitudinal axis of the shaft body of less than 10 ° and more preferably with a pitch angle with respect to the longitudinal axis of the shaft body of less than 5 ° increasing in scope.
  • pitch angle have been found to be particularly suitable in combination with hub bodies with cylindrical mounting holes.
  • the longitudinally contoured outer contour is formed by longitudinal knurls uniformly distributed over the circumference of the outer contour. This facilitates the production of the longitudinal knurl and also provides the advantage that, viewed over the circumference, a uniform torque transmission capability of the hub connection results.
  • the longitudinal knurls of the longitudinally-knurled outer contour in the region in which this outer contour is increasingly formed in the circumference increase in width as the length of the longitudinally-knurled outer contour increases, decreasing in width or uniform in width.
  • the choice of material with respect to the shaft body and / or the hub body and the desired quality of the hub connection one or the other embodiment may be particularly advantageous.
  • the joining movement for producing a hub connection with the shaft body is a pure translational movement, which can be carried out with simple presses.
  • the positive fit of the hub connection produced in the axial direction is neutral, i. that no axial force component occurs when loaded in the circumferential direction of the joint connection.
  • the shaft body is a hollow body, in particular of a thin-walled metal tube.
  • Such shaft bodies are particularly material-saving and, compared with solid shaft bodies, have only a minor weight and a lower rotational moment of inertia. moderately reduced rotational (torsion) and axial (bending) moment of resistance.
  • the longitudinal knurls of the longitudinally-knurled outer contour are produced by cold deformation, which is preferred, in particular by a rolling process, they have an increased strength compared to the base material.
  • the longitudinal knurls of the longitudinally-knurled outer contour are hardened.
  • Such longitudinal knurls furrow particularly well into the receiving openings of a hub body and are particularly suitable for thin-walled hardened hub body.
  • the shaft body is integrally formed, in particular without cohesive joints, whereby a particularly cost-effective and stable shaft body results.
  • a second aspect of the invention relates to a shaft assembly with a shaft body according to the first aspect of the invention.
  • the shaft body has one or more sections with a longitudinally-knurled outer contour, on which one or more hub bodies are correspondingly fastened by pressing in the axial direction on the longitudinally knurled outer contours.
  • the formation of such a shaft arrangement corresponds to the intended use of the shaft body according to the first aspect of the invention.
  • the hub body or bodies have a receiving bore which is cylindrical at least over the major part of its axial extension and in which the respective section is received with a longitudinally contoured outer contour.
  • Such shaft assemblies are inexpensive to manufacture, since the receiving bores of the hub body can be produced by simple manufacturing methods.
  • the hub body or at least one of the hub body has a ratio of the mean diameter of the receiving bore of the hub body to the smallest wall thickness in the radial direction of the hub body of greater than 10, preferably greater than 15. In shaft assemblies with such "thin-walled" hub bodies The advantage of the invention come particularly clearly to bear.
  • the hub body or at least one of the hub body has a receiving bore with a curved Eindusfase which merges substantially seamlessly into the inner surface of the receiving bore. This further reduces the risk of abrupt Aufpresskraftstössen when joining and thus the risk of pre-damage of the hub body. Also, such an introduction phase of the
  • introduction bevels have proven to be particularly suitable, which extend starting from the inner surface of the receiving bore according to the following function:
  • Y is the radial extension of the insertion chamfer
  • X is the axial extent starting from the receiving bore
  • FL is the total length of the introduction chamfer
  • ⁇ is the chamfer angle at the end face of the hub body.
  • the hub body or at least one of the hub body has a receiving bore, which has prefabricated inner knurls, which in the longitudinal knurl of the longitudinal outer contour of the knurled therein intervene in the recorded section.
  • Fig. 2 shows the shaft of Figure lb body when pressed on ⁇ a hub body on its longitudinal knurls to form an inventive shaft assembly
  • FIG. 3 shows detail X from FIG. 2 in a second hub body for forming a shaft arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a third hub body for forming an inventive shaft arrangement in section.
  • the shaft bodies 1 are each formed in one piece and each have a portion 2 with a longitudinally knurled outer contour and on the right and left thereof each have a section 9 with a smooth outer contour. While the last-mentioned sections 9 are designed throughout as circular cylinders, the sections 2 with the longitudinally-knurled outer contour are formed differently in the three embodiments.
  • the longitudinally-knurled outer contour is starting from one end of the section 2 over a first partial region a of the longitudinal extent L in the periphery steplessly and steadily increasing, such that the section 2 in this first portion a has a truncated cone shape with lekssgerändelter outer contour.
  • the pitch angle with respect to the longitudinal axis of the shaft body 1 is here about 10 °.
  • second portion b of the section 2 is formed as a circular cylinder with a longitudinally knurled outer contour.
  • the truncated conical portion a of the section 2 has a smallest outer diameter equal to the outer diameter d of the left section 9 with the smooth outer contour and a largest outer diameter equal to the outer diameter Dl of the second section b of the longitudinally interleaved section 2.
  • the first partial region a extends approximately over one third of the longitudinal extension L of the slow-twisted section 2.
  • the longitudinally-knurled outer contour starting from one end of section 2 over its entire longitudinal extension L, increases in circumference continuously and steadily, such that the entire longitudinally-knurled section 2 has a truncated cone shape.
  • the section 2 here has a smallest outer diameter equal to the outer diameter d of the left section 9 with the smooth outer contour and a largest outer diameter Dl.
  • the pitch angle with respect to the longitudinal axis of the shaft body 1 is here about 3 °.
  • the longitudinally-knurled outer contour gradually increases in circumference, starting from one end of section 2 over its longitudinal extent L, such that section 2 in a first section a is larger than circular cylinder with longitudinally contoured outer contour with outer diameter D3 the outside diameter d of the left portion 9 is formed with the smooth outer contour and in a second portion b, which adjoins directly to the first portion a, as a circular cylinder with longitudinally knurled outer contour with an outer diameter Dl, which is greater than the outer diameter D3 of the first portion of the section 2.
  • the two sections a, b each extend over one half of the longitudinal extent L of the slow-twisted section 2.
  • the longitudinal extent L of the longitudinally interleaved portion 2 is greater than two-thirds of the largest diameter Dl of the respective section 2, that the longitudinally knurled outer contour is formed by uniformly distributed over the circumference of the outer contour longitudinal knurl 4 and that the L jossrändel 4 each seen in the longitudinal direction parallel to the longitudinal axis of the respective shaft body 1 extend.
  • FIG. 2 shows the shaft body 1 from FIG. 1b when a hub body 1 is pressed onto its longitudinally twisted section 2 to form a shaft arrangement according to the invention.
  • the hub body 3 is shown in section. The difference between the outer diameter d of the left cylindrical section 9 with a smooth outer contour and the inner diameter D2 of the receiving bore 6 of the hub body 3 is exaggerated.
  • the receiving bore 6 of the hub body 3 is designed as a cylindrical bore over the major part of the axial extension of the hub body 3, which merges with an insertion bevel 7 in the end face 8 of the hub body 3 on the bore side pointing in the pressing-on direction P.
  • Inner diameter D2 of the receiving bore 6 of the hub body 3 to the smallest wall thickness W in the radial direction of the hub body 3 is about 2, so it is a relatively thick-walled hub body third
  • Fig. 3 shows the detail X of Fig. 2 at a second hub body, which is also for formation a shaft assembly according to the invention with one of the shaft body 1 of the figures la-lc is suitable.
  • This hub body 3 has a cylindrical receiving bore 6 with an inner diameter D2 with a curved introduction chamfer 7, which merges into the cylindrical inner surface 5 of the receiving bore 6 substantially without transition.
  • Fig. 4 shows a third hub body 3, which is also suitable for forming a shaft assembly according to the invention with one of the shaft body of the figures la-lc.
  • the receiving bore 6 of the hub body 3 has prefabricated inner rim 10 for engaging in the longitudinal knurl 4 of the longitudinally-knurled portion 2 of one of the shaft bodies 3 of FIGS. 1 a-lc when pressed onto such a shaft body 3 form in the present case a circular cylindrical knurled inside contour over a large part of its axial extent of the hub body 3, to which a section c with a circular cylindrical smooth inner contour and then an introduction chamfer 7 adjoins on the bore side pointing in the pressing direction P.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wellenkörper (1) mit einem Abschnitt (2) mit einer längsgerändelten Aussenkontur zur Bildung einer Nabenverbindung zwischen dem Wellenkörper (1) und einem Nabenkörper (3) durch Aufpressen des Nabenkörpers (3) in axialer Richtung (P) auf die längsgerändelte Aussenkontur. Die längsgerändelte Aussenkontur ist ausgehend von einem Ende des Abschnitts (2) zumindest über einen Teilbereich (a, L) des Abschnitts (2) im Umfang zunehmend ausgebildet. Die erfindungsgemässe Ausbildung des Wellenkörpers (1) fϋhrt zu einem sanften, materialschonenden Anstieg der Aufpresskraft beim Fϋgen und verringert so wirkungsvoll die Gefahr, dass es bei der Herstellung der Nabenverbindung zu einer Vorschädigung des Nabenkörpers (3) und zu einer erhöhten Rissgefahr infolge von abrupten, stossartigen Kraftschwankungen bzw. von Stosseinwirkungen in den Nabenkörper (3) kommt. Dadurch ist der erfindungsgemässe Wellenkörper (1) auch besonders für sehr dϋnne bzw. gehärtete Nabenkörper (3) geeignet.

Description

Wellenkörper mit einem Abschnitt mit einer längsgerändelten Aussenkontur
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wel¬ lenkörper mit einem Abschnitt mit einer längsgerändelten Aussenkontur und eine Wellenanordnung umfassend einen solchen Wellenkörper gemäss den Oberbegriffen der unab- hängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK
Für die Herstellung von Nabenverbindungen zwischen einem Wellenkörper und einem Nabenkörper sind heute verschiedenste Techniken bekannt.
So ist es z.B. seit Langem gängige Praxis im Maschinenbau, Nabenkörper mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung durch Aufpressen oder Aufschrumpfen auf einen zylindrischen Sitz mit einem Wellenkörper zu ver- binden. Auch ist es bekannt, derartige Wellenkörper und Nabenkörper über Spannhülsen miteinander zu verbinden.
Solche Presssitz-Nabenverbindungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass das mit ihnen übertragbare Drehmoment aufgrund der rein kraftschlüssigen Verbindung zwischen Nabenkörper und Wellenkörper gegenüber formschlüssigen Nabenverbindungen relativ gering ist und zudem stark von den Bauteiltemperaturen abhängig ist.
Wird die Nabenverbindung durch Aufpressen oder Aufschrumpfen hergestellt, ergibt sich zudem der Nachteil, dass dieses Fügeverfahren enge Toleranzen betreffend die Durchmesser der Aufnahmebohrung und des Sitzes verlangt, was erhöhte Anforderungen an die Fertigung stellt und mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
Wird die Nabenverbindung über eine Spannhülse hergestellt, ergeben sich nicht unerhebliche Zusatzkosten für die Spannhülse. Auch erfordert die Spannhülse zusätz- liehen Bauraum, wodurch der Durchmesser der
Aufnahmebohrung des Nabenkörpers vergrössert wird und entsprechend auch die erforderlichen Mindest-Aussenabmes- sungen desselben.
Bei den heute bekannten formschlüssigen Na- benverbindungen werden der Wellenkörper und die Aufnahmebohrung des Nabenkörpers vor dem Fügen mit korrespondierenden Formschlusskonturen oder mit Formschlusskonturen zur Aufnahme von Hilfsteilen, wie z.B. von Passfedern, versehen. Diese Nabenverbindungen weisen den grossen Nachteil auf, dass die Herstellung solcher Formschlusskonturen sehr aufwendig und damit die Nabenverbindung sehr teuer ist.
Weiter sind auch Nabenverbindungen bekannt, bei denen ein Nabenkörper mit einer zylindrischen Auf- nahmebohrung auf einen längsgerändelten Abschnitt eines Wellenkörpers aufgepresst wird. Dabei furchen sich die Längsrändel in die glatte Aufnahmebohrung des Nabenkörpers ein, so dass eine kraft- und formschlüssige Nabenverbindung zwischen Nabenkörper und Wellenkörper ent- steht. Bei dieser Technik zur Herstellung eine Nabenverbindung besteht jedoch die Gefahr, dass es beim Fügen zu einer Vorschädigung des Nabenkörpers und zu einer erhöhten Rissgefahr infolge von abrupten, stossartigen Kraftschwankungen bzw. von Stosseinwirkungen in den Nabenkör- per kommen kann, so dass sich dieses Verfahren nicht ohne Einschränkungen für sehr dünne bzw. gehärtete Nabenkörper eignet .
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es stellt sich daher die Aufgabe, Lösungen für die Herstellung von Nabenverbindungen zwischen einem Wellenkörper und einem Nabenkörper zur Verfügung zu stellen, welche die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder diese zumindest teilweise vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Demgemäss betrifft ein erster Aspekt der Er- findung einen Wellenkörper, bevorzugterweise aus Metall, mit einem Abschnitt mit einer längsgerändelten Aussenkon- tur, zur Bildung einer Nabenverbindung zwischen dem Wellenkörper und einem Nabenkörper durch Aufpressen des Nabenkörpers in axialer Richtung auf die längsgerändelte Aussenkontur . Die längsgerändelte Aussenkontur des Wellenkörpers ist ausgehend von einem Ende des Abschnitt zu- mindest über einen Teilbereich des Abschnitts stufenlos oder stufenweise im Umfang zunehmend ausgebildet ist.
Diese erfindungsgemässe Ausbildung des Wellenkörpers führt zu einem sanften, materialschonenden Anstieg der Aufpresskraft beim Fügen und verringert so wir- kungsvoll die Gefahr, dass es bei der Herstellung der Nabenverbindung zu einer Vorschädigung des Nabenkörpers und zu einer erhöhten Rissgefahr infolge von abrupten, stoss- artigen Kraftschwankungen bzw. von Stosseinwirkungen in den Nabenkörper kommt. Entsprechend ist der erfindungs- gemässe Wellenkörper auch besonders für sehr dünne bzw. gehärtete Nabenkörper geeignet, insbesondere für die Bildung von gebauten Nockenwellen und Getriebewellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Wellenkörpers erstreckt sich der Teilbereich, in dem die längsgerändelte Aussenkontur im Umfang zunehmend ausgebildet ist, zumindest über ein Sechstel, insbesondere über ein Viertel und insbesondere über ein Drittel des längsgerändelten Abschnitts. Die übrigen Bereiche des Abschnitts weisen mit Vorteil eine im Umfang gleich blei- bende, zylindrische längsgerändelte Aussenkontur auf. Je nach absoluter Länge des Abschnitts, nach Nabenmaterial und nach gewünschter Drehmomentübertragungsfähigkeit der herzustellenden Nabenverbindung kann die eine oder andere Variante vorteilhafter sein.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Wellenkörpers ist die längsgerändelte Aussenkontur über den gesamten Abschnitt stufenlos oder stufenweise im Umfang zunehmend ausgebildet. Hierdurch ergibt sich beim Fügen mit einem Nabenkörper mit einer zylindrischen Aufnahmebohrung über den gesamten Fügeprozess ein Anstieg der Aufpresskraft.
Mit Vorteil ist die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts vieleckig oder im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Derartige Aussenkonturformen eig¬ nen sich besonders für die Herstellung erfindungsgemässer Nabenverbindungen .
Ist die längsgerändelte Aussenkontur in dem
Bereich, in welchem sie im Umfang zunehmend ausgebildet ist, gleichmässig im Umfang zunehmend, was bevorzugt ist, so ergibt sich beim Fügen mit konstanter Fügegeschwindigkeit und einem Nabenkörper mit einer zylindrischen Auf- nahmebohrung bis zum vollständigen Eintreten des im Umfang zunehmenden Bereichs der längsgerändelten Aussenkontur ein stetiger Anstieg der Aufpresskraft. Dies ist wünschenswert und begünstigt eine einfache Überwachung des Fügeprozesses durch eine Überwachung des Aufpresskraft- Verlaufs. Dabei ist die längsgerändelte Aussenkontur in dem Bereich, in welchem sie im Umfang zunehmend ausgebildet ist, bevorzugterweise mit einem Steigungswinkel gegenüber der Längsachse des Wellenkörpers von kleiner 10° und noch bevorzugter mit einem Steigungswinkel ge- genüber der Längsachse des Wellenkörpers von kleiner als 5° gleichmässig im Umfang zunehmend. Derartige Steigungswinkel haben sich in Kombination mit Nabenkörpern mit zylindrischen Aufnahmebohrungen als besonders geeignet erwiesen.
Ist die Längserstreckung des Abschnitts mit der längsgerändelten Aussenkontur grösser als die Hälfte, insbesondere grösser als zwei Drittel des grössten Durchmessers seiner längsgerändelten Aussenkontur, so lassen sich mit dem erfindungsgemässen Wellenkörper Nabenverbin- düngen mit hoher Kippsteifigkeit herstellen. Mit Vorteil ist die längsgerändelte Aussen- kontur durch gleichmässig über den Umfang der Aussenkon- tur verteilte Längsrändel gebildet. Dies erleichtert die Herstellung der Längsrändel und ergibt weiter den Vorteil, dass sich über den Umfang gesehen eine gleichmäs- sige Drehmomentübertragungsfähigkeit der Nabenverbindung ergibt .
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Wellenkörpers sind die Längsrändel der längsgerändelten Aussenkontur in dem Bereich, in welchem diese Aussenkontur im Umfang zunehmend ausgebildet ist, mit zunehmendem Umfang der längsgerändelten Aussenkontur in ihrer Breite zunehmend, in ihrer Breite abnehmend oder in ihrer Breite gleich bleibend. Je nach Herstellungsverfahren für die Längsrändel, nach Materialwahl bezüglich des Wellenkörpers und/oder des Nabenkörpers sowie nach gewünschter Qualität der Nabenverbindung kann die eine oder die andere Ausführungsform besonders vorteilhaft sein .
Erstrecken sich die Längsrändel der längsge- rändelten Aussenkontur jeweils in Längsrichtung gesehen parallel zur Längsachse des Wellenkörpers, was bevorzugt ist, so ist die Fügebewegung zur Herstellung einer Nabenverbindung mit dem Wellenkörper eine reine translatorische Bewegung, welche mit einfachen Pressen durchgeführt werden kann. Auch ergibt sich der Vorteil, dass der Form- schluss der hergestellten Nabenverbindung in axialer Richtung neutral ist, d.h. dass bei Belastung in Umfangs- richtung der Fügeverbindung keine Axialkraftkomponente auftritt .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wellenkörper ein Hohlkörper, insbesondere aus einem dünnwandigen Metallrohr. Derartige Wellenkörper sind besonders materialsparend und weisen gegenüber vollen Wellenkörpern bei einem deutlich geringerem Gewicht und geringerem rotatorischen Trägheitsmoment ein nur gering- fügig reduziertes rotatorisches (Torsion) und axiales (Biegung) Widerstandsmoment auf.
Sind die Längsrändel der längsgerändelten Aussenkontur durch Kaltverformung erzeugt, was bevorzugt ist, insbesondere durch einen Walzprozess, so weisen sie gegenüber dem Grundmaterial eine erhöhte Festigkeit auf.
Speziell bei erfindungsgemässen Wellenkörpern aus Metall ist es bevorzugt, dass die Längsrändel der längsgerändelten Aussenkontur gehärtet sind. Derartige Längsrändel furchen sich besonders gut in die Aufnahme- Öffnungen eines Nabenkörpers ein und eignen sich insbesondere auch für dünnwandige gehärtete Nabenkörper.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wellenkörper einstückig ausgebildet, insbesondere ohne stoffschlüssige Fügestellen, wodurch ein besonders kostengünstiger und stabiler Wellenkörper resultiert .
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Wellenanordnung mit einem Wellenkörper gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Wellenkörper weist einen oder mehrere Abschnitte mit einer längsgerändelten Aussenkontur auf, auf welchen entsprechend ein oder mehrere Nabenkörper durch Aufpressen in axialer Richtung auf die längsgerändelten Aussenkonturen befestigt sind. Die Bildung einer solchen Wellenanordnung entspricht der bestim- mungsgemässen Verwendung des Wellenkörpers gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wellenanordnung weisen der oder die Nabenkörper eine zumindest über den Grossteil ihrer axialen Erstreckung zylin- drische Aufnahmebohrung auf, in welcher jeweils der jeweilige Abschnitt mit längsgerändelter Aussenkontur aufgenommen ist. Derartige Wellenanordnungen sind kostengünstig herzustellen, da die Aufnahmebohrungen der Nabenkörper mit einfachen Fertigungsverfahren herstellbar sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Wellenanordnung weist der Nabenkörper oder zumindest einer der Nabenkörper ein Verhältnis vom mittleren Durchmesser der Aufnahmebohrung des Nabenkörpers zu der kleinsten Wandstärke in radialer Richtung des Nabenkörpers von grösser 10, bevorzugterweise von grösser 15. Bei Wellenanordnungen mit derartigen „dünnwandigen" Nabenkörpern kommen die Vorteil der Erfindung besonders deutlich zum Tragen.
Weiter ist es bevorzugt, dass der Nabenkörper oder zumindest einer der Nabenkörper eine Aufnahmebohrung mit einer gewölbten Einführungsfase aufweist, welche im Wesentlichen übergangslos in die Innenfläche der Aufnahmebohrung übergeht. Hierdurch lässt sich die Gefahr von abrupten Aufpresskraftstössen beim Fügen weiter verringern und damit das Risiko einer Vorschädigung des Nabenkörpers. Auch dient eine solche Einführungsfase der
Selbstzentrierung zwischen Naben- und Wellenkörper vor dem eigentlichen Fügevorgang.
Dabei haben sich Einführungsfasen als besonders geeignet erwiesen, welche sich ausgehend von der Innenfläche der Aufnahmebohrung gemäss der folgenden Funktion erweitern:
Y = X2 * tan α / (2 * FL)
In dieser Funktion ist Y die radiale Erweiterung der Einführungsfase, X die axiale Erstreckung ausgehend von der Aufnahmebohrung, FL die Gesamtlänge der Einführungsfase und α der Fasenwinkel an der Stirnfläche des Nabenkörpers. Durch diese Funktion ergibt sich eine stetige Steigung des Fasenwinkels von 0° bis zur Stirnfläche hin.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Wellenanordnung weist der Nabenkörper oder zumindest einer der Nabenkörper eine Aufnahmebohrung auf, welche vorgefertigte Innenrändel aufweist, die in die Längsrändel der längsgerändelten Aussenkontur des darin aufgenommenen Abschnitts eingreifen. Hierdurch lässt sich der Formschluss zwischen Nabenkörper und Wellenkörper intensivieren .
KÜRZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
die Figuren la-lc drei verschiedene Ausführ- ungsformen des erfindungsgemässen Wellenkörpers in der Seitenansicht;
Fig. 2 den Wellenkörper aus Fig. lb beim Auf¬ pressen eines Nabenkörpers auf dessen Längsrändel zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung;
Fig. 3 das Detail X aus Fig. 2 bei einem zweiten Nabenkörper zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung; und
Fig. 4 einen dritten Nabenkörper zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung im Schnitt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Drei verschiedene Ausführungsformen des er- findungsgemässen Wellenkörpers 1 sind in der Seitenansicht in den Figuren la-lc dargestellt.
Wie zu erkennen ist, sind die Wellenkörper 1 jeweils einstückig ausgebildet und weisen jeweils einen Abschnitt 2 mit einer längsgerändelten Aussenkontur sowie rechts und links davon jeweils einen Abschnitt 9 mit einer glatten Aussenkontur auf. Während die letztgenann- ten Abschnitte 9 durchwegs als Kreiszylinder ausgebildet sind, sind die Abschnitte 2 mit der längsgerändelten Aussenkontur bei den drei Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildet .
Bei der in Fig. la dargestellten Ausführungs- form ist die längsgerändelte Aussenkontur ausgehend von einem Ende des Abschnitts 2 über einen ersten Teilbereich a von dessen Längserstreckung L im Umfang stufenlos und stetig zunehmend, derart, dass der Abschnitt 2 in diesem ersten Teilbereich a eine Kegelstumpfform mit längsgerändelter Aussenkontur aufweist. Der Steigungswinkel gegenüber der Längsachse des Wellenkörpers 1 beträgt hier etwa 10°. Im anderen, zweiten Teilbereich b ist der Abschnitt 2 als ein Kreiszylinder mit längsgerändelten Aussenkontur ausgebildet. Wie zu erkennen ist, weist der kegelstumpf- förmige Teilbereich a des Abschnitts 2 einen kleinsten Aussendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser d des lin- ken Abschnitts 9 mit der glatten Aussenkontur und einen grössten Aussendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser Dl des zweiten Teilbereichs b des längsgerändelten Abschnitts 2 auf. Im vorliegenden Fall erstreckt sich der erste Teilbereich a etwa über ein Drittel der Längser- Streckung L des langsgerändelten Abschnitts 2.
Bei der in Fig. lb dargestellten Ausführungsform ist die längsgerändelten Aussenkontur ausgehend von einem Ende des Abschnitts 2 über dessen gesamte Längserstreckung L im Umfang stufenlos und stetig zunehmend, derart, dass der gesamte längsgerändelte Abschnitt 2 eine Kegelstumpfform aufweist. Wie zu erkennen ist, weist der Abschnitts 2 hier einen kleinsten Aussendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser d des linken Abschnitts 9 mit der glatten Aussenkontur und einen grössten Aussen- durchmesser Dl auf. Der Steigungswinkel gegenüber der Längsachse des Wellenkörpers 1 beträgt hier etwa 3°.
Bei der in Fig. lc dargestellten Ausführungsform ist die längsgerändelten Aussenkontur ausgehend von einem Ende des Abschnitts 2 über dessen Längserstreckung L im Umfang stufenweise zunehmend, derart, dass der Abschnitt 2 in einem ersten Teilbereich a als Kreiszylinder mit längsgerändelter Aussenkontur mit einem Aussendurchmesser D3 grösser als der Aussendurchmessen d des linken Abschnitts 9 mit der glatten Aussenkontur ausgebildet ist und in einem zweiten Teilbereich b, welcher direkt an den ersten Teilbereich a anschliesst, als Kreiszylinder mit längsgerändelter Aussenkontur mit einem Aussendurchmesser Dl, welcher grösser ist als der Aussendurchmesser D3 des ersten Teilbereichs des Abschnitts 2. Im vorliegenden Fall erstrecken sich die beiden Teilbereiche a, b jeweils über eine Hälfte der Längserstreckung L des langsgerän- delten Abschnitts 2.
Allen drei Ausführungsformen gemeinsam ist, dass die Längserstreckung L des längsgerändelten Abschnitts 2 jeweils grösser als zwei Drittel des grössten Durchmessers Dl des jeweiligen Abschnitts 2 ist, dass die längsgerändelte Aussenkontur durch gleichmässig über den Umfang der Aussenkontur verteilte Längsrändel 4 gebildet ist und dass sich die Längsrändel 4 jeweils in Längsrichtung gesehen parallel zur Längsachse des jeweiligen Wellenkörpers 1 erstrecken.
Fig. 2 zeigt den Wellenkörper 1 aus Fig. lb beim Aufpressen eines Nabenkörpers 1 auf dessen längsgerändelten Abschnitt 2 zur Bildung einer erfindungsgemäs- sen Wellenanordnung. Der Nabenkörper 3 ist im Schnitt dargestellt. Dabei ist der Unterschied zwischen dem Aus- sendurchmesser d des linken zylindrischen Abschnitts 9 mit glatter Aussenkontur und dem Innendurchmesser D2 der Aufnahmebohrung 6 des Nabenkörpers 3 übertrieben gross dargestellt .
Wie zu erkennen ist, ist die Aufnahmenbohrung 6 des Nabenkörpers 3 über den Grossteil der axialen Er- streckung des Nabenkörpers 3 als zylindrische Bohrung ausgeführt, welche an der in Aufpressrichtung P zeigenden Bohrungsseite mit einer Einführungsfase 7 in die Stirnfläche 8 des Nabenkörpers 3 übergeht.
Im vorliegenden Fall ist das Verhältnis vom
Innendurchmesser D2 der Aufnahmebohrung 6 des Nabenkörpers 3 zu der kleinsten Wandstärke W in radialer Richtung des Nabenkörpers 3 etwa 2, es handelt sich also um einen relativ dickwandigen Nabenkörper 3.
Fig. 3 das Detail X aus Fig. 2 bei einem zweiten Nabenkörper, welcher sich ebenfalls zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung mit einem der Wellenkörper 1 aus den Figuren la-lc eignet. Dieser Nabenkörper 3 weist eine zylindrische Aufnahmebohrung 6 mit einem Inndurchmesser D2 mit einer gewölbten Einführungsfase 7 auf, welche im Wesentlichen übergangslos in die zylindrische Innenfläche 5 der Aufnahmebohrung 6 übergeht. Dabei erweitert sich die Einführungsfase 7 ausgehend von der Innenfläche 5 der Aufnahmebohrung 6 gemäss der Funktion Y = X2 * tan α / (2 * FL) , wobei Y die radiale Erweiterung der Einführungsfase 7, X die axiale Erstreckung ausgehend von der Aufnahmebohrung 6, FL die Gesamtlänge der Einführungsfase 7 und a der Fasenwinkel (a) an der Stirnfläche 8 des Nabenkörpers 3 ist .
Fig. 4 zeigt einen dritten Nabenkörper 3, welcher sich ebenfalls zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung mit einem der Wellenkörper aus den Figuren la-lc eignet. Wie zu erkennen ist, weist die Aufnahmebohrung 6 des Nabenkörpers 3 vorgefertigte Innenrän- del 10 auf, zum Eingreifen in die Längsrändel 4 des längsgerändelten Abschnitts 2 eines der Wellenkörper 3 aus den Figuren la-lc beim Aufpressen auf einen solchen Wellenkörper 3. Die Innenrändel 10 bilden im vorliegenden Fall eine über einen Grossteil ihrer axialen Erstreckung des Nabenkörpers 3 kreiszylindrische gerändelte Innenkontur, an welche sich auf der in Aufpressrichtung P zeigenden Bohrungsseite ein Abschnitt c mit einer kreiszylin- drischen glatten Innenkontur und sodann eine Einführungsfase 7 anschliesst.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann .

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Wellenkörper (1), insbesondere aus Metall, mit einem Abschnitt (2) mit einer längsgerändelten Aussenkontur zur Bildung einer Nabenverbindung zwischen dem Wellenkörper (1) und einem Nabenkörper (3) durch Aufpressen des Nabenkörpers (3) in axialer Richtung auf die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts (2) , dadurch gekennzeichnet, dass die längsgerändelte Aussenkontur ausgehend von einem Ende des Abschnitts (2) zumindest über einen Teilbereich (a, L) des Abschnitts (2) im
Umfang stufenlos oder stufenweise zunehmend ausgebildet ist .
2. Wellenkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teilbereich (a) des Ab- Schnitts (2), in dem die längsgerändelte Aussenkontur im Umfang zunehmend ausgebildet ist, zumindest über ein Sechstel, insbesondere über ein Viertel und insbesondere über ein Drittel der Längserstreckung (L) des Abschnitts (2) erstreckt.
3. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts (2) über die gesamte Längserstreckung (L) des Abschnitts (2) stufenlos oder stufenweise im Umfang zunehmend ausgebildet ist.
4. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts (2) eine vieleckige oder im Wesentlichen kreisrunde Aussenkontur ist.
5. Wellenkörper (1) nach einem der vorange- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts (2) in dem Bereich (a, L) , in welchem sie im Umfang zunehmend ausgebildet ist, gleichmässig im Umfang zunehmend ist, insbesondere mit einem Steigungswinkel gegenüber der Längsachse des Wellenkörpers (1) von kleiner als 10°, insbesondere von kleiner als 5° .
6. Wellenkörper (1) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung (L) des Abschnitts (2) grösser als die Hälf¬ te, insbesondere grösser als zwei Drittel des grössten Durchmessers (Dl) seiner längsgerändelten Aussenkontur ist .
7. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längsgerändelte Aussenkontur des Abschnitts (2) durch gleich- mässig über den Umfang der Aussenkontur verteilte Längs- rändel (4) gebildet ist.
8. Wellenkörper (1) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längs- rändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des Abschnitts (2) in dem Bereich (a, L) , in welchem diese Aus¬ senkontur im Umfang zunehmend ausgebildet ist, mit zunehmendem Umfang der längsgerändelten Aussenkontur in ihrer Breite zunehmen.
9. Wellenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des Abschnitts (2) in dem Bereich (a, L) , in welchem diese Aussenkontur im Umfang zunehmend ausgebildet ist, eine gleichmässige Breite auf eisen .
10. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsrändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des Abschnitts (2) jeweils in Längsrichtung gesehen parallel zur Längsachse des Wellenkörpers (1) erstrecken.
11. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper (1) ein Hohlkörper, insbesondere aus einem dünnwandigen Metallrohr, ist.
12. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des Ab- Schnitts (2) durch Kaltverformung erzeugt sind, insbesondere durch einen Walzprozess.
13. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper (1) aus Metall ist und die Längsrändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des Abschnitts (2) gehärtet sind.
14. Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper (1) einstückig ausgebildet ist.
15. Wellenanordnung umfassend einen Wellenkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem oder mehreren Abschnitten (2) mit einer längsgerän¬ delten Aussenkontur und einem oder mehreren in axialer Richtung auf die längsgerändelten Aussenkonturen der Abschnitte (2) aufgepressten Nabenkörpern (3).
16. Wellenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Nabenkörper (3) eine zumindest über den Grossteil ihrer axialen Erstreckung zylindrische Aufnahmebohrung (6) aufweisen, in welcher jeweils der jeweilige Abschnitt (2) mit längsgerändelter Aussenkontur aufgenommen ist.
17. Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper
(3) oder zumindest einer der Nabenkörper (3) ein Verhältnis vom mittleren Durchmesser (D2) der Aufnahmebohrung
(6) des Nabenkörpers (3) zu der kleinsten Wandstärke (W) in radialer Richtung des Nabenkörpers (3) von grösser 10, insbesondere von grösser 15 aufweist.
18. Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (3) oder zumindest einer der Nabenkörper (3) eine Aufnahmebohrung (6) mit einer gewölbten Einführungsfase (7) aufweist, welche im Wesentlichen übergangslos in die Innenfläche (5) der Aufnahmebohrung (6) übergeht.
19. Wellenanordnung (5) nach Anspruch 18, wobei sich die Einführungsfase (7) ausgehend von der Innenfläche (5) der Aufnahmebohrung (6) gemäss der Funktion
Y = X2 * tan α / (2 * FL) erweitert, wobei Y die radiale Erweiterung der Einführungsfase (7), X die axiale Erstreckung ausgehend von der Aufnahmebohrung (6), FL die Gesamtlänge der Einführungsfase (7) und α der Fasenwinkel (a) an der Stirnfläche (8) des Nabenkörpers (3) ist.
20. Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (3) oder zumindest einer der Nabenkörper (3) eine Aufnahmebohrung (6) aufweist, welche vorgefertigte Innenrändel (10) aufweist, die in die Längsrändel (4) der längsgerändelten Aussenkontur des darin aufgenommenen Abschnitts (2) eingreifen.
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