TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer in axialer Richtung verlaufenden Innenrändelung in einer Aufnahmebohrung eines Nabenkörpers, einen Nabenkörper hergestellt mit dem Verfah- ren sowie eine Wellenanordnung umfassend einen solchen

Nabenkörper gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen 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 Aufnah- mebohrung durch Aufpressen oder Aufschrumpfen auf einen zylindrischen Sitz mit einem Wellenkörper zu verbinden. Auch ist es bekannt, derartige Wellenkörper und Nabenkörper über Spannhülsen miteinander zu verbinden.

Solche Presssitz-Nabenverbindungen weisen je- doch 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 zusätzlichen Bauraum, wodurch der Durchmesser der Aufnahmebohrung des Nabenkörpers vergrössert wird und entsprechend auch die erforderlichen Mindest-Aussenabmessungen desselben .

Bei den heute bekannten formschlüssigen Nabenverbindungen werden der Wellenkörper und die Aufnahmebohrung des Nabenkörpers vor dem Fügen mittels zerspanen- der Bearbeitungsverfahren mit korrespondierenden Formschlusskonturen oder mit Formschlusskonturen zur Aufnahme von Hilfsteilen, wie z.B. von Passfedern, versehen. Diese Nabenverbindungen weisen die meisten der zuvor genannten Nachteile der rein kraftschlüssigen Nabenverbindungen nicht auf, stattdessen aber den grossen Nachteil, dass die Herstellung solcher Formschlusskonturen insbesondere in der Aufnahmebohrung des Nabenkörpers sehr aufwendig ist, wodurch der Nabenkörper und mit ihm die gesamte Nabenverbindung sehr teuer wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Formschlusskonturen für eine formschlüssige Nabenverbindung in der Aufnahmebohrung eines Nabenkörpers sowie einen 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 Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer in axialer Richtung verlaufenden Innenrändelung in einer Aufnahmebohrung eines Nabenkörpers zur Bildung einer Nabenverbin- dung zwischen dem Nabenkörper und einem Wellenkörper, bevorzugterweise durch Aufpressen des Nabenkörpers in axialer Richtung auf den Wellenkörper . Erfindungsgemäss wird die Innenrändelung durch Überwälzen der Innenfläche der Aufnahmebohrung mit einem Rändelwerkzeug erzeugt.

Hierdurch wird es möglich, kostengünstig einen Nabenkörper zur Verfügung zu stellen, der Form- Schlusskonturen für eine umfangsmässig formschlüssige Nabenverbindung in seiner Aufnahmebohrung aufweist.

Mit Vorteil wird eine vieleckige oder im Wesentlichen kreisrund ausgebildete Innenrändelung erzeugt. Auch ist es bevorzugt, wenn eine Innenrändelung erzeugt wird, welche gleichmässig über den Umfang der Innenfläche der Aufnahmebohrung verteilte Rändel aufweist. Derartige Rändelungen lassen sich besonders gut durch Überwälzen der Innenfläche der Aufnahmebohrung mit einem Rändelwerkzeug erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Innenfläche der Aufnahmebohrung nur in einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung mit dem Rändelwerkzeug überwälzt, in einer anderen bevorzugten Ausführungsform über ihre gesamte axiale Erstreckung. Je nach Verwendung des Nabenkörpers bzw. Ausgestaltung der mit diesem zu erstellenden Nabenverbindung kann die eine oder die andere Äusführungsform vorteilhafter sein.

Bevorzugterweise wird die Innenfläche der Aufnahmebohrung über ihre gesamte Umfangserstreckung mit dem Rändelwerkzeug überwälzt, zur Erzeugung einer Innenrändelung über den gesamten Umfang der Aufnahmebohrung . Hierdurch wird der gesamte Umfang der Aufnahmebohrung zur Bildung eines Formschlusses in Umfangsrichtung nutzbar gemacht .

Dabei ist es bei Ausführungsformen, bei denen die Innenfläche der Aufnahmebohrung nur in einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung mit dem Rändelwerkzeug überwälzt wird, bevorzugt, dass sich dieser Teilbereich von einem Ende der Aufnahmebohrung in die Aufnahmebohrung hinein erstreckt. Auf diese Weise ergibt sich eine Innenrändelung, welche an einem Ende der Aufnahmebohrung stirnseitig vollständig offen ist, so dass die gesamte Rändelungstiefe für einen Formschluss nutzbar ist.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Innenfläche der Aufnahmebohrung zur Erzeugung der Innenrändelung mehrfach mit dem Rändelwerkzeug überwälzt. Hierdurch wird der Umformungsgrad und mit diesem die Festigkeit der Rändelung erhöht .

Auch ist es bevorzugt, dass die durch Über ^¬ wälzen erzeugten Rändel der Innenrändelung gehärtet wer- den. Hierdurch sind diese besonders widerstandsfähig und eignen sich z.B. auch besonders gut zum Aufpressen auf einen Sitz mit glatter Oberfläche eines Wellenkörpers unter einem Einfurchen der Rändel in diese Oberfläche.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Nabenkörper, vorzugsweise aus Metall, mit einer

Aufnahmebohrung mit einer in axialer Richtung verlaufenden Innenrändelung, welcher mit dem Verfahren gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Derartige Nabenkörper lassen sich im Vergleich zu vergleichbaren Nabenkörpern des Standes der Technik relativ kostengünstig herstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Nabenkörpers bildet die Innenrändelung eine im Wesentlichen kreiszylindrische Innenkontur der Aufnahmebohrung .

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Nabenkörpers bildet die Innenrändelung in einem Teilbereich ihrer axialen Erstreckung über ihre gesamte axiale Erstreckung eine in axialer Richtung in ihrem Umfang stufenlos oder stufenweise zunehmende, bevorzugterweise kegelstumpfförmige Innenkontur der Aufnahmebohrung .

Je nach Ausgestaltung des zur Bildung einer Nabenverbindung mit dem Nabenkörper vorgesehenen Wellenkörpers kann die eine oder die andere Ausführungsform vorteilhafter sein.

Erstrecken sich die Rändel der Innenrändelung jeweils in Längsrichtung gesehen parallel zur Längsachse der Aufnahmebohrung des Nabenkörpers, was bevorzugt ist, so ergibt sich der Vorteil, dass der Formschluss einer mit dem Nabenkörper hergestellten Nabenverbindung in axialer Richtung neutral ist, d.h. dass bei Belastung in Um- fangsrichtung keine Axialkraft komponenten auftreten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Nabenkörper ein Verhältnis vom mittleren Durchmesser seiner Aufnahmebohrung zu seiner kleinsten Wandstärke in radialer Richtung von grösser 10, bevorzugterweise .von grösser 15 auf. Bei derartigen „dünnwandigen" Nabenkörpern kommen die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen.

Weiter ist es bevorzugt, dass die Aufnahmebohrung des Nabenkörpers eine gewölbte Einführungsfase aufweist, welche im Wesentlichen übergangslos in die In- nenflache der Aufnahmebohrung übergeht. Diese dient der Selbstzentrierung bei der Herstellung einer Nabenverbindung mit einem Wellenkörper und verringert insbesondere bei Nabenverbindungen, bei denen es zu einer Presspassung zwischen dem Nabenkörper und einem Wellenkörper kommt, die Gefahr von abrupten Aufpresskraftstössen beim Fügen und damit das Risiko einer Schädigung des Nabenkörpers.

Dabei haben sich Einführungsfasen als besonders geeignet erwiesen, welche sich ausgehend von der Innenfläche der Aufnahmebohrung gemäss der folgenden Funktion erweitern:

Y = X ² * tan α / (2 * FL)

In dieser Funktion ist Y die radiale Erweiterung der Ein- führungsfase, 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. Bevorzugterweise ist der erfindungsgemässe

Nabenkörper als Exzenterkörper, Zahnrad oder Kurbel ausgebildet .

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Wellenanordnung mit einem oder mehreren Nabenkörpern gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung und einem Wellenkörper, auf welchem die Nabenkörper jeweils, bevorzugterweise durch Aufpressen, mit den Längsrändelungen ihrer Aufnahmebohrungen befestigt sind. Die Bildung einer solchen Wellenanordnung entspricht der bestimmungsgemässen Verwendung des Nabenkörpers gemäss dem zweiten Aspekt der Erfindung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Wellenanordnung weist der Wellenkörper einen oder mehrere Abschnitte mit einer längsgerändelten Aussenkontur auf, auf welchen entsprechend der oder die Nabenkörper, bevorzugterweise durch Aufpressen in axialer Richtung auf die längsgerändelten Aussenkonturen, befestigt sind. Dabei greifen die Längsrändel der längsgerändelten Aussenkontur des jeweiligen Abschnitts und die Innenrändelung der Auf- nahmebohrung des auf diesem Abschnitt angeordneten Nabenkörpers ineinander ein. Bei derartigen Wellenanordnungen ist der Formschluss zwischen Nabenkörper und Wellenkörper besonders ausgeprägt.

Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die längsgerändelten Aussenkonturen der Abschnitte des Wellenkörpers jeweils ausgehend von einem Ende des Abschnitts über einen Teilbereich der Längserstreckung des Abschnitts oder über dessen gesamte Längserstreckung im Umfang stufenlos oder stufenweise zunehmend sind.

Hierdurch wird bei der Herstellung der jeweiligen Nabenverbindung die Selbstzentrierung verbessert und insbesondere im Falle der Herstellung einer Nabenverbindung, bei der es zu einer Presspassung zwischen dem Nabenkörper und dem Wellenkörper kommt, die Gefahr von abrupten Aufpresskraftstössen beim Fügen und damit das Risiko einer Schädigung des Nabenkörpers verringert. 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:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen ersten er- findungsgemässen Nabenkörper;

Fig. 2 eine Vorderansicht auf den Nabenkörper aus Fig. 1 beim Erzeugen der Innenrändelung in seiner Aufnahmebohrung;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen zweiten er- findungsgemässen Nabenkörper;

die Figuren 4a-4e Seitenansichten verschiedener Wellenkörper zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung mit dem Nabenkörper aus Fig. 1 oder aus Fig. 3;

Fig. 5 den Wellenkörper aus Fig. 4b beim Aufpressen eines Nabenkörpers auf dessen Längsrändel zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung; und

Fig. 6 eine Darstellung wie das Detail X aus Fig. 5, jedoch mit einem erfindungsgemässen Nabenkörper mit einer gewölbten Einführungsfase.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Ausführungsform eines erfindungs- gemässen Nabenkörpers 3 ist in Fig. 1 im Schnitt dargestellt.

Der Nabenkörper 3 weist eine Aufnahmebohrung 6 mit einer in axialer Richtung verlaufenden Innenrändelung 10 auf, zum Eingreifen in entsprechende Längsrändel 4 der gerändelten Abschnitte 2 der in den Figuren 4a und 4b dargestellten Wellenkörper 1 oder zum Einfurchen in die Oberflächen der mit glatten Oberflächen versehenen Abschnitte 12 der in den Figuren 4d und 4e dargestellten Wellenkörper 1 nach einem Aufpressen des Nabenkörpers 3 auf den jeweiligen Wellenkörper 1.

Wie zu erkennen ist, bildet die Innenrände- lung 10 über einen Grossteil der axialen Erstreckung des Nabenkörpers 3 eine kreiszylindrische gerändelte Innen- kontur der Aufnahmebohrung 6, an welche sich auf der in Aufpressrichtung P zeigenden Bohrungsseite ein Abschnitt c mit einer kreiszylindrischen glatten Innenkontur und sodann eine Einführungsfase 7 anschliesst.

Die Innenrändelung 10 besteht aus gleichmäs- sig über den gesamten Umfang der Aufnahmebohrung 6 verteilten identischen und parallel zur Längsachse der Aufnahmebohrung 6 verlaufenden Rändeln, welche, wie aus Fig. 2 hervorgeht, welche den Nabenkörper 3 beim Erzeugen der Innenrändelung 10 zeigt, durch Überwälzen der Innenfläche der Aufnahmebohrung 6 mit einem Wälzwerkzeug 11 erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Nabenkörpers 3 im Schnitt. Dieser Nabenkörper 3 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von dem in Fig. 1 dargestellten Nabenkörper 3, dass die Innenrändelung 10 über ihre axiale Erstreckung eine in axialer Aufpressrichtung P in ihrem Umfang stufenweise zunehmende Innenkontur der Aufnahmebohrung 6 bildet. Auch ist hier der Nabenkörper 3 deutlich dickwandiger ausge- führt.

Die Figuren 4a-4e zeigen Seitenansichten verschiedener Wellenkörper zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung mit dem Nabenkörper aus Fig. 1 bzw. Fig. 3.

Wie zu erkennen ist, sind die Wellenkörper 1 jeweils einstückig ausgebildet und weisen jeweils einen Abschnitt 2 mit einer längsgerändelten Aussenkontur (Figuren 4a-4c) oder einen Abschnitt 12 mit einer glatten Sitzkontur (Figuren 4d-4e) auf, sowie rechts und links davon jeweils einen Abschnitt 9 mit einer glatten Aussenkontur. Während die letztgenannten Abschnitte 9 durchwegs als Kreiszylinder ausgebildet sind, sind die Abschnitte 2 bzw. 12 mit der längsgerändelten bzw. glatten Aussenkontur bei den drei Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildet.

Bei der in Fig. 4a 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 längsgerän- delter 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 linken Abschnitts 9 mit der glatten Aussenkontur und einen grössten Aussendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser Dl des zweiten Teilbereichs b des längsgerändelten Ab- Schnitts 2 auf. Im vorliegenden Fall erstreckt sich der erste Teilbereich a etwa über ein Drittel der Längserstreckung L des langsgerändelten Abschnitts 2.

Bei der in Fig. 4b dargestellten Ausführungsform ist die längsgerändelte 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 Aussendurchmesser Dl auf. Der Steigungswinkel gegenüber der Längsachse des Wellenkörpers 1 beträgt hier etwa 3°.

Bei der in Fig. 4c dargestellten Ausführungs- form 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 Aussendurch- messer 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.

Den drei Ausführungsformen gemäss den Figuren 4a bis 4c ist gemeinsam, 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.

Die zwei Ausführungsformen des Wellenkörpers 1 gemäss den Figuren 4d und 4e unterscheiden sich von den in den Figuren 4a und 4b dargestellten Ausführungsformen lediglich dadurch, dass ihre Abschnitte 12 an Stelle einer längsgerändelten Aussenkontur eine glatte Aussenkontur aufweisen, in welche die Innenrändel 10 der Nabenkörper 3 aus den Figuren 1 und 3 durch Aufpressen eingefurcht werden können.

Fig. 5 zeigt den Wellenkörper 1 aus Fig. 4b beim Aufpressen eines Nabenkörpers 1 ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten auf seinen längsgerändelten Abschnitt 2 zur Bildung einer erfindungsgemässen Wellenanordnung. Der Nabenkörper 3 ist geschnitten dargestellt. Dabei ist der Unterschied zwischen dem Aussendurchmesser d des linken zylindrischen Abschnitts 9 mit glatter Aussenkontur und dem Innendurchmesser D2 der Aufnahmebohrung 6 des Naben ^¬ körpers 3 übertrieben gross dargestellt.

Wie zu erkennen ist, ist die Aufnahmenbohrung 6 des Nabenkörpers 3 über den Grossteil der axialen Erstreckung des Nabenkörpers 3 mit einer in axialer Rich- tung verlaufenden Innenrändelung 10 versehen, welche eine im Wesentlichen kreiszylindrische Innenkontur der Aufnahmebohrung 6 bildet. An der in Aufpressrichtung P zeigenden Bohrungsseite geht die Aufnahmebohrung 6 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. 6 zeigt eine Darstellung wie das Detail X aus Fig. 5, jedoch bei einem erfindungsgemässen Nabenkörper 3 mit einer anderen Einführungsfase 7. Dieser Nabenkörper 3 weist eine gewölbte 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 = X ² * 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 der Fa- senwinkel an der Stirnfläche 8 des Nabenkörpers 3 ist.

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 .