Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung und Verfahren zum Herstellen einer Welle- Nabe-Verbindung.

Aus der DE 101 37 024 B4 ist eine Welle-Nabe-verbindung bekannt, welche gemäß Merkmal j) des dortigen Anspruchs 1 ein Einschneiden einer Verzahnung in die Aufnahmebohrung offenbart, weil zwischen dem zylindrischen Bereich und der Verzahnung ein Freistich, insbesondere eine Ringnut, angeordnet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung herzustellen und/oder weiterzubilden, wobei eine die Verbindung sicher sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Welle-Nabe-Verbindung nach den in Anspruch 1 oder 4 und bei dem Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe-Verbindung nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Welle-Nabe-Verbindung sind, dass die Welle-Nabe- Verbindung eine Nabe und eine Welle aufweist, insbesondere wobei die Welle zumindest teilweise in die Nabe eingepresst ist, wobei die Welle einen zylindrischen Bereich C und einen Bereich einer Verzahnung E aufweist, wobei zwischen dem zylindrischen Bereich C und dem Bereich der Verzahnung E ein Übergangsbereich D angeordnet ist, dessen Außendurchmesser vom zylindrischen Bereich zum Bereich der Verzahnung monoton ansteigt, wobei die Nabe eine Aufnahmebohrung aufweist, in welche der zylindrische Bereich und der Bereich einer Verzahnung eingepresst sind, insbesondere wobei die Aufnahmebohrung vor dem Einpressen der Welle einen unabhängig von der axialen Position konstanten Innendurchmesser aufweist.

Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindung zwischen Welle und Nabe formschlüssig gesichert ist, da die Verzahnung nicht eingeschnitten ist, sondern nur ein plastisches Fließen des Materials der Welle bewirkt ist, welches den minimalen Innendurchmesser im Bereich der Verzahnung reduziert und somit ein formschlüssiges Sichern bewirkt. Denn im zylindrischen Bereich ist der Innendurchmesser im Wesentlichen unverändert und somit größer als der minimale Innendurchmesser der Nabe im Bereich der Verzahnung, also in dem von der Verzahnung axial überdeckten Bereich.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steigt der Außendurchmesser des Übergangsbereichs vom zylindrischen Bereich zum Bereich der Verzahnung unstetig an. Von Vorteil ist dabei, dass kein Freistich und keine sonstige Vertiefung oder Überhöhung vorhanden ist. Trotz der Sprungstelle im Durchmesserverlauf ist die Spanbildung verhindert und nur ein Fließen von Material bewirkt, insbesondere, weil kein Raumbereich für Einströmendes Material vorhanden ist. Auf diese Weise werden aber die Lücken gefüllt und somit eine formschlüssige Verbindung erreicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steigt der Außendurchmesser des Übergangsbereichs vom zylindrischen Bereich zum Bereich der Verzahnung stetig an. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abnutzung der Verzahnung, insbesondere der stirnseitigen Kante der Verzahnung, verhindert ist.

Wichtige Merkmale bei der Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3 sind, dass sie eine Nabe und eine Welle aufweist, insbesondere wobei die Welle zumindest teilweise in die Nabe eingepresst ist, wobei die Welle einen zylindrischen Bereich C und einen Bereich einer Verzahnung E aufweist, wobei der zylindrische Bereich C direkt an den Bereich der Verzahnung E angrenzt, wobei die Nabe eine Aufnahmebohrung aufweist, in welche der zylindrische Bereich und der Bereich einer Verzahnung eingepresst sind, insbesondere wobei der Außendurchmesser vom zylindrischen Bereich C zum Bereich der Verzahnung E monoton ansteigt, insbesondere wobei die Aufnahmebohrung vor dem Einpressen der Welle einen unabhängig von der axialen Position konstanten Innendurchmesser aufweist.

Von Vorteil ist dabei, dass kein Übergangsbereich notwendig ist. Denn das verdrängte plastisch verformte Material wird bei fehlendem Übergangsbereich vollständig in die Lückenbereiche der Verzahnung im Bereich E geleitet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Fußkreisdurchmesser des Bereichs der Verzahnung E kleiner als der Außendurchmesser des zylindrischem Bereichs C, insbesondere wobei der Kopfkreisdurchmesser des Bereichs der Verzahnung E größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs C. Von Vorteil ist dabei, dass das verdrängte Material vollständig in die Lückenbereiche leitbar ist, da die Lücke radial tiefer als der zylindrische Bereich angeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbindung spanfrei ist und/oder Material der Nabe plastisch verformt. Von Vorteil ist dabei, dass das Material hoch tragfähig ist.

Insbesondere ist die Nabe somit viel tragfähiger als bei beim Einpressen der Verzahnung der Welle in die Aufnahmebohrung spanender Bearbeitung der Aufnahmebohrung durch die Verzahnung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Welle einen Freistich F auf, welcher sich an der von dem zylindrischen Bereich C axial, insbesondere axial gesehen, abgewandten Seite des Bereichs der Verzahnung E an den Bereich der Verzahnung E anschließt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Auslauf für das die Verzahnung herstellendes Werkzeug vorsehbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich ein Bereich einer weiteren Verzahnung G an den Freistich an auf der von dem Bereich der Verzahnung E abgewandten Seite des Freistichs F, insbesondere wobei der Außendurchmesser der weiteren Verzahnung G größer ist als der Außendurchmesser der Verzahnung E. Von Vorteil ist dabei, dass die weitere Verzahnung als Laufverzahnung verwendbar ist. Beispielsweise ist die weitere Verzahnung als eintreibendes Ritzel eines Getriebes verwendbar und/oder als Sonnenradverzahnungsteil eines

Planetengetriebes.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich ein zylindrischer, als Einfädelbereich B fungierender Bereich an den von der Verzahnung E abgewandten Seite des zylindrischen Bereichs C an. Von Vorteil ist dabei, dass ein Einfädeln erleichtert ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung schließt sich an der von dem zylindrischen Bereich E abgewandten Seite des zylindrischen, als Einfädelbereich B fungierenden Bereichs eine Fase A an. Von Vorteil ist dabei, dass das Einfädeln vereinfacht ausgeführt ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Nabe an ihrer äußeren Oberfläche eine Ringnut zum Abstützen eines Presswerkzeugs auf, mittels dessen die Welle in die Nabe einpressbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass hohe Presskräfte aufbringbar ist und mittels der Führung durch den zylindrischen Bereich ein hochgenaues Einpressen ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die in die Nabe zumindest teilweise eingepresste Welle formschlüssig gehalten. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindung sicher gewährleistet ist.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabe-Verbindung sind, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Aufnahmebohrung in der Nabe erzeugt wird, welche einen unabhängig von der axialen Position konstanten Innendurchmesser aufweist, in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt die Welle zumindest teilweise in die Nabe eingepresst wird, wobei die Welle einen zylindrischen Bereich C und einen Bereich einer Verzahnung E aufweist, wobei zwischen dem zylindrischen Bereich C und dem Bereich der Verzahnung E ein Übergangsbereich D angeordnet ist, dessen Außendurchmesser vom zylindrischen Bereich zum Bereich der Verzahnung monoton ansteigt,

wobei der zylindrische Bereich C in die Aufnahmebohrung derart tief eingepresst wird, dass der Bereich der Verzahnung E zumindest teilweise in der Aufnahmebohrung vorgesehen, insbesondere eingepresst, wird oder ist.

Von Vorteil ist dabei, dass die Aufnahmebohrung mit nur einem einzigen Durchmesser

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Übermaß der Zähne der Verzahnung E relativ zum Innendurchmesser der Aufnahmebohrung derart gewählt, dass das von den Zähnen beim Einpressen in die Aufnahmebohrung verdrängte Material der Nabe zwischen 30% und 80% der Lücken der Verzahnung E füllt. Von Vorteil ist dabei, dass genügend viel Freiraum in den Lücken vorhanden ist, der von dem fließenden Material ausfüllbar ist. Somit ist ein axiales Einpressen mittels plastischem Fließen des Materials der Nabe ermöglicht, wobei keine Spanbildung auftritt.

Somit bezieht sich die Erfindung also auf eine Welle-Nabe-Verbindung, wobei in die

Aufnahmebohrung der Nabe eine Welle mit einem zylindrischen Bereich und nachfolgend mit einem Verzahnungsbereich eingepresst wird, wobei kein Freistich sondern ein

Übergangsbereich zwischengeordnet ist.

Vorteiligerweise tritt dabei keine Spanbildung auf sondern plastisches Fließen von Material in die Lücken der Verzahnung; daher ist auf eine einfache Weise die Welle mit der Nabe axial formschlüssig verbunden, weil der minimale Innendurchmesser der Nabe im axialen Bereich der Verzahnung kleiner ist als der minimale Innendurchmesser der Nabe im zylindrischen Bereich.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 sind die Welle 1 in Seitenansicht und separat die Nabe 2 in Schnittansicht einer Welle-Naben-Verbindung dargestellt.

In der Figur 2 ist die Welle-Nabe-Verbindung dargestellt.

In der Figur 3 ist die Welle-Nabe-Verbindung mit einem angeschnittenen Bereich dargestellt.

In der Figur 4 ist ein Querschnitt A-A der Ausführung nach Figur 3 dargestellt.

In der Figur 5 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Figur 4 dargestellt.

Wie in den Figuren dargestellt, weist die Welle 1 einen Zapfenbereich (A, B, C, D, E, F) auf, welcher zumindest teilweise in eine Aufnahmebohrung (3, H) der Nabe 2 eingepresst ist.

Die Welle 1 wird beispielhaft als Einsteckitzel ausgeführt. Dabei ist im Bereich G eine

Verzahnung, insbesondere Schneckenverzahnung oder Evolventenverzahnung eingearbeitet.

Die Welle 1 weist an ihrem von der Nabe 2 abgewandten axialen Endbereich eine Verzahnung G auf, an welche sich ein Freistich F anschließt, welcher für das Auslaufen eines

Rändelwerkzeugs und zur Verminderung von Kerbwirkungen vorgesehen ist. Die von dem Rändelwerkzeug erzeugte Verzahnung E, insbesondere Rändelverzahnung, schließt sich auf der von der Verzahnung G abgewandten Seite an.

Die Verzahnung E ist überschliffen, also der Außendurchmesser E durch Schleifbearbeitung sehr genau bestimmt.

An der vom Freistich F abgewandten Seite der Verzahnung E schließt sich ein

Übergangsbereich D an, der zwischen der Verzahnung E und einem zylindrischen Bereich für Presssitz angeordnet ist. Die Außendurchmesser des Übergangsbereichs D und des zylindrischen Bereichs C sind gleich groß, da sie durch Schleifbearbeitung in einem gleichen Arbeitsgang erzeugt sind. Auf der vom Übergangsbereich D abgewandten Seite des zylindrischen Bereichs C schließt sich an den zylindrischen Bereich C ein Einfädelbereich B an weicher einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der zylindrische Bereich C. Außerdem ist der

Außendurchmesser des Einfädelbereichs B kleiner als der Innendurchmesser im Bereich der Aufnahmebohrung der Nabe 2.

Die Nabe 2 weist in ihrem Mündungsbereich der Aufnahmebohrung H zur Umgebung hin eine Fase auf, die als Bereich J in den Figuren gekennzeichnet ist.

Beim Einfügen der Welle 1 in die Nabe 2 erleichtert die am axialen Ende der Welle 1 angeordnete Fase A zusammen mit der Fase J der Aufnahmebohrung der Nabe 2 das Einfädeln.

Bei weiterem Einschieben der Welle 1 in die Nabe 2 wird der Einfädelbereich B spielbehaftet in die Aufnahmebohrung J eingeführt.

Somit ist das Finden der exakten koaxialen Lage der Welle 1 zur Nabe 2 vereinfacht.

Beim weiteren Einführen der Welle 1 in die Aufnahmebohrung der Nabe 2 wird der zylindrische Bereich C immer weiter eingepresst in die Aufnahmebohrung J.

Somit ist die Welle 1 nun mittig zentriert, also koaxial ausgerichtet, und für das weitere Einführen stabil zentriert.

Beim weiteren Einführen der Welle in die Nabe dringt zunächst der Übergangsbereich D in die Aufnahmebohrung J ein und danach beginnt das Einpressen der Zähne der Verzahnung E, insbesondere Rändelverzahnung, in die Aufnahmebohrung J. Obwohl der Außendurchmesser der Verzahnung E größer ist als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung J, entstehen keine Späne, da der Zylindrische Bereich C, insbesondere zusammen mit dem Übergangsbereich D das Material der Nabe 2 abstützt und keine Freiraum zur Spanbildung zulässt.

Somit fließt das Material der Nabe 2 in die Lücken der Verzahnung E der Welle 1.

Am äußeren Umfang der Nabe 2 ist eine Ringnut 4 zum Abstützen eines Presswerkzeugs ausgeformt, welches die Welle in die Aufnahmebohrung 3 der Nabe 2 einpresst.

In Figur 3 ist der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 3 mit Bezugszeichen d bezeichnet.

Somit liegt der zylindrische Bereich C an diesem Innendurchmesser d an und weist selbst den Außendurchmesser d auf.

Der kleinste Innendurchmesser des Materials der Nabe 2 im axialen Bereich der Verzahnung C ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen d1 bezeichnet.

Da nach dem Einschieben der Welle 1 in die Aufnahmebohrung 3 der Nabe 2 das von den Zähnen der Verzahnung C verdrängte Material in die Lücken der Verzahnung geflossen ist, ist der Durchmesser d1 kleiner als d.

Auf diese Weise ist eine formschlüssige axiale Sicherung der Welle 1 in der

Aufnahmebohrung 3 erreicht. Insbesondere ist nach dem Einpressen der Welle 1 in die Aufnahmebohrung 3 der Nabe 2 ein zerstörungsfreies Herausziehen nicht mehr möglich.

Das Übermaß der Zähne der Verzahnung E relativ zum Innendurchmesser der

Aufnahmebohrung 3 ist derart gewählt, dass ungefähr das von den Zähnen der Verzahnung E verdrängte Materials der Nabe 2 die Lücken der Verzahnung E jeweils ungefähr zur Hälfte füllt, insbesondere also jede Lücke im Querschnitt zwischen 30% und 80% gefüllt ist.

Wichtig ist dabei, dass der axiale Verlauf des Außendurchmessers des Übergangsbereichs monoton ist und vom Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs bis zum

Außendurchmesser der Verzahnung E monoton zunimmt. Ein unstetiger Verlauf ist dabei nicht schädlich. Auf keinen Fall aber darf hier ein Freistich oder eine Ringnut vorgesehen werden, weil dann eine Spanbildung, also ein Einschneiden, auftritt.

Erfindungsgemäß ist keine Spanbildung vorhanden, sondern nur ein plastisches Fließen des verdrängten Materials in die Lücken der Verzahnung E.

Der axiale Durchmesserverlauf ist also vom zylindrischen Bereich C bis hin zum Verzahnung E stetig. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen geht der Außendurchmesser des Übergangsbereichs D vom Bereich der Verzahnung E bis zum zylindrischen Bereich C nicht unstetig, also sprunghaft, sondern stetig über. Der Außendurchmesser nimmt also stetig zum zylindrischen Bereich hin ab. Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen grenzt der Bereich E direkt an den Bereich C an, insbesondere so dass der Übergangsbereich D eine verschwindend geringe axiale Ausdehnung aufweist.

Bezugszeichenliste

1 Welle

2 Nabe

3 Aufnahmebohrung

4 Ringnut zum Abstützen eines Presswerkzeugs

50 Freiraum A Fase

B Einfädelbereich

C zylindrischer Bereich für Presssitz

D Übergangsbereich

E Verzahnung, insbesondere Rändelverzahnung

F Freistich, insbesondere für Rändelwerkzeug und für Verminderung von Kerbwirkung G Verzahnung, insbesondere Laufverzahnung, wie Sonnenradverzahnung

H Aufnahmebohrung

J Fase

H1 Fließbereich

H2 Presssitz