Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Baugruppe, umfassend eine Nabe, welche mit einer axial verlaufenden Öffnung versehen ist, und eine Welle, welche in die Öffnung der Nabe eingesetzt ist, wobei die Welle wenigstens einen ersten axialen Abschnitt, in welchem die Welle im Wesentlichen einen konstanten Querschnitt aufweist und einen zweiten axialen Abschnitt umfasst, welcher von dem ersten axialen Abschnitt aus im Wesentlichen von einem ersten Querschnitt, welcher dem Querschnitt des ersten axialen Abschnitts entspricht, zu einem zweiten, größeren Querschnitt auseinanderläuft. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Welle-Nabe-Baugruppe.

Bei Welle-Nabe-Baugruppen der genannten Art wird eine spielfreie Verbindung zur Übertragung von radialen Drehmomenten und axialen Kräften benötigt. Hierbei zeigt sich jedoch, dass aus dem Stand der Technik bekannte Nietverbindungen meist den Nachteil aufweisen, dass mit diesen keine spielfreie Übertragung von Drehmomenten möglich ist. In diesem Zusammenhang wird üblicherweise ebenfalls verlangt, dass die Verbindung zwischen der Welle und der Nabe nicht nur statischen Kräften standhalten muss, sondern dass ihre mechanische Integrität insbesondere auch bei dynamischen axialen und radialen Belastungen sichergestellt sein muss. Sollte die entsprechende Verbindung nämlich nicht spielfrei sein, ungeachtet ob in radialer oder axialer Richtung, so ist eine unerwünschte Geräuschentwicklung zu beobachten. Eine solche ist jedoch für Anwender einer derartigen Baugruppe nicht akzeptabel und muss in jedem Fall verhindert werden.

Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, in derartigen Baugruppen eine Welle aus einem härteren Werkstoff vorzusehen, die mehrere radial hervorstehende achsparallele Rippen aufweist. Diese Welle wird in die axial verlaufende Öffnung der Nabe eingepresst, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Welle ohne Rippen entspricht. Da die Nabe hierbei aus einem weicheren Werkstoff als die Welle besteht, wird sich diese bei einem radialen Einschieben in die Wandung der Öffnung der Nabe mit den Rippen einschneiden. Hierdurch soll eine spielfreie Drehmomentübertragung zwischen Welle und Nabe erzielt werden.

Es hat sich jedoch in derartigen Ausgestaltungen von Welle-Nabe-Baugruppen gezeigt, dass die spielfreie Verbindung zwischen Welle und Nabe lediglich an den Rippen besteht, da zwischen der zylindrischen Mantelfläche der Welle und der zylindrischen Wandung der Öffnung der Nabe aufgrund von Herstellungstoleranzen ebenfalls ein Spiel vorhanden ist.

Ferner sind Ansätze verfolgt worden, eine formschlüssige Verbindung mit einer axialen Sicherung durch eine Nietverbindung zu kombinieren, wodurch in einem gewissen Umfang Drehmomente und axiale Kräfte übertragen werden können. Dieses Prinzip wurde im Stand der Technik durch eine Kerbverzahnung und eine flache Nietung realisiert, welche in der gewünschten Weise Zusammenwirken sollen. Ferner wurde ebenfalls der Ansatz verfolgt, eine formschlüssige Verbindung zwischen Welle und Nabe mithilfe einer Fase zu erzielen.

Hierbei zeigt sich jedoch, dass keine der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen dazu geeignet ist, Drehmomente und axiale Kräfte vollständig spielfrei zu übertragen. Wie bereits oben angesprochen, ist eine rein axiale Nietverbindung nicht in der Lage, Drehmomente zu übertragen, während eine Kombination aus einer formschlüssigen Verbindung mit einer axialen Sicherung durch eine Nietverbindung zwar grundsätzlich in der Lage ist, Drehmomente zu übertragen und axiale Kräfte aufzufangen, allerdings ist eine derartige Verbindung nicht in dem geforderten Maße spielfrei. Um der folglich zu beobachtenden Geräuschentwicklung entgegenzuwirken, muss dementsprechend in derartigen Baugruppen ferner eine Klebeverbindung hergestellt werden, was jedoch einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung davon bedeutet. Der zuletzt genannte Ansatz mit einer formschlüssigen Verbindung zwischen Welle und Nabe mithilfe einer Fase ermöglicht zwar eine spielfreie Verbindung ohne eine zusätzliche Nutzung von Klebstoffen, das spielfrei übertragbare Drehmoment reicht jedoch für gewisse Anwendungen mit höheren Belastungsanforderungen nicht aus.

Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Welle-Nabe-Bau- gruppe der oben genannten Gattung bereitzustellen, welche eine spielfreie Verbindung zur Übertragung von radialem Drehmoment und axialer Kraft umfasst, welche einerseits günstig herzustellen ist und ohne eine zusätzliche Verklebung auskommt und andererseits in der Lage ist, auch hohe Drehmomente ohne Geräuschentwicklung zu übertragen.

Hierzu umfasst die Welle der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Baugruppe wie angesprochen wenigstens einen ersten axialen Abschnitt, in welchem die Welle im Wesentlichen einen konstanten Querschnitt aufweist, und einen zweiten axialen Abschnitt, welcher von dem ersten axialen Abschnitt aus im Wesentlichen von einem ersten Querschnitt, welcher dem Querschnitt des ersten axialen Abschnitts entspricht, zu einem zweiten, größeren Querschnitt auseinanderläuft, wobei erfindungsgemäß die Welle ferner einen sich an den zweiten axialen Abschnitt anschließenden dritten axialen Abschnitt umfasst, welcher einen im Wesentlichen konstanten dritten Querschnitt aufweist, welcher gleich oder größer als der zweite Querschnitt ist, und wobei der dritte axiale Abschnitt einen axialen Endabschnitt der Welle bildet und die ersten bis dritten axialen Abschnitte an ihrer Außenseite ein jeweiliges Zahn- oder Wellenprofil aufweisen.

Dementsprechend wird in der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Baugruppe verglichen mit den oben beschriebenen Lösungen aus dem Stand der Technik eine Erhöhung der Kontaktfläche der formschlüssigen Verbindung zwischen Welle und Nabe erzielt, welche das Übertragen höherer Momente erlaubt. Insbesondere wird dies durch eine zusätzliche radiale Abstützung der Kräfte und Momente realisiert. Hierbei kann insbesondere der dritte axiale Abschnitt der Welle in das Material der Nabe eingepresst sein. Auf diese Weise wird an den Außenwänden der Welle eine zusätzliche formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung hergestellt.

Zu diesem Zweck kann in der erfindungsgemäßen Baugruppe die Welle aus einem härteren Material als die Nabe gebildet sein, um das Einpressen der Welle in das Material der Nabe zu vereinfachen. Insbesondere kann die Welle aus einem Metallmaterial gebildet sein und die Nabe aus einem verglichen hiermit weicheren Metallmaterial oder einem Kunststoff gebildet sein.

Ferner kann erfindungsgemäß zwischen dem zweiten axialen Abschnitt und dem dritten axialen Abschnitt der Welle eine radiale Stufe vorgesehen sein, sodass der konstante dritte Querschnitt des dritten axialen Abschnitts größer ist als der zweite Querschnitt, auf welchen sich die Welle in dem zweiten axialen Abschnitt ausgehend von dem ersten axialen Abschnitt verbreitert. Hierdurch wird eine zusätzliche axiale Abstützung im Bereich der Stufe bewerkstelligt und die Verbindung von Welle und Nabe wird weiter verbessert.

Weiterhin kann in der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Baugruppe der zweite axiale Abschnitt der Welle im Wesentlichen konisch von dem ersten axialen Abschnitt zu dem dritten axialen Abschnitt auseinanderlaufen. Alternativ sind hier jedoch auch andere Verläufe des zweiten axialen Abschnitts denkbar, beispielsweise eine bogenförmige Zunahme des Querschnitts der Welle in diesem Bereich.

Des Weiteren kann die Welle in einem radial mittleren Teil des dritten axialen Abschnitts mit einer Sackloch-Bohrung versehen sein, welche von dem axialen Ende der Welle ausgeht.

Außerdem kann an dem gegenüberliegenden Ende die Welle einen axialen Anschlag aufweisen und bis zu diesem in die Nabe eingesetzt sein, wodurch auch in dieser axialen Richtung eine Verbesserung der Verbindung zwischen Welle und Nabe erzielt wird. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Welle-Nabe-Baugruppe, umfassend die Schritte eines Bereitstellens einer Nabe, welche mit einer axial verlaufenden Öffnung versehen ist, wobei die Öffnung einen ersten axialen Abschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt, einen zweiten axialen Abschnitt, welcher von dem ersten axialen Abschnitt im Wesentlichen von einem ersten Querschnitt, welcher dem Querschnitt des ersten axialen Abschnitts entspricht, zu einem zweiten, größeren Querschnitt auseinanderläuft, und einen dritten axialen Abschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt umfasst, eines Bereitstellens einer Welle mit einem im Wesentlichen konstanten ersten Querschnitt, welcher dem Querschnitt des ersten axialen Abschnitts der Öffnung entspricht, wobei die Welle an ihrer Außenseite ein Zahn- oder Wellenprofil aufweist und die Öffnung der Nabe wenigstens in ihrem ersten axialen Abschnitt ein komplementäres Profil aufweist, und eines Verformens der Welle derart, dass ein zweiter Abschnitt, welcher dem zweiten axialen Abschnitt der Öffnung entspricht, und ein dritter Abschnitt gebildet werden, wobei der dritte Abschnitt der Welle einen größeren Querschnitt als der dritte axiale Querschnitt der Nabe aufweist, indem der dritte axiale Abschnitt der Welle in das Material der Nabe eingepresst wird. Durch dieses Verfahren kann in einer einfachen und effizienten Weise eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Baugruppe mit den oben angesprochenen Vorteilen hergestellt werden.

Erfindungsgemäß kann hierbei vor dem Verbinden der beiden Komponenten lediglich der erste axiale Abschnitt der Öffnung der Nabe das komplementäre Profil aufweisen, während der zweite axiale Abschnitt und der dritte axiale Abschnitt frei von einem solchen Profil sind.

Weiterhin kann hierbei der Schritt des Verformens durch eine axiale Stanz- oder Pressbeaufschlagung durchgeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon noch deutlicher, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Figuren betrachtet wird. Diese zeigen im Einzelnen: Figuren 1 a und 1 b eine Nabe einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Bau- gruppe vor und nach einem Verbinden mit der entsprechenden Welle;

Figuren 2a bis 2c die Welle der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Bau- gruppe vor dem Verbinden mit der Nabe und nach dem Verbinden der Nabe in zwei Ansichten; und

Figuren 3a bis 3c die Welle-Nabe-Baugruppe während des Verbindens und nach dem Verbinden von Welle und Nabe in zwei Ansichten.

In den Figuren 1 a und 1 b ist zunächst einmal eine Nabe einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Baugruppe mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und in zwei Zuständen gezeigt, nämlich vor einem Verbinden mit einer entsprechenden Welle sowie danach, wobei in der Darstellung aus Figur 1 b zunächst einmal aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung der Welle verzichtet worden ist.

Hierbei kann in der gezeigten Ausführungsform die Nabe 10 beispielsweise ein Kupplungsgehäuse eines Spindeltriebs darstellen. Die Nabe 10 kann hierbei insbesondere aus einem relativ weichen Metallmaterial oder einem Kunststoff hergestellt sein und umfasst eine in axialer Richtung A verlaufende Öffnung 12, welche durch den gesamten Körper 10a der Nabe 10 hindurch verläuft. Weiterhin ist in Figur 1 a zu erkennen, dass die Öffnung 12 einen ersten axialen Abschnitt 12a mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt Q1 umfasst, wobei die Wandung der Öffnungen im ersten axialen Abschnitt 12a ein Zahn- oder Wellenprofil 14 aufweist.

In axialer Richtung hieran anschließend umfasst die Öffnung 12 ferner einen zweiten axialen Abschnitt 12b, welcher von dem ersten axialen Abschnitt 12a von einem ersten Querschnitt Q1 , welcher dem Querschnitt Q1 des ersten axialen Ab- Schnitts 12a entspricht, zu einem zweiten, größeren Querschnitt Q2 auseinanderläuft. Hieran schließt sich ein dritter axialer Abschnitt 12c mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt Q3 an, welcher wiederum größer als der zweite Querschnitt Q2 ist, sodass zwischen dem zweiten axialen Abschnitt 12b und dem dritten axialen Abschnitt 12c eine Stufe 12d gebildet ist. Hierbei ist zu erkennen, dass der zweite und dritte Abschnitt 12b und 12c sowie die Stufe 12d jeweils frei von dem Zahn- oder Wellenprofil 14 sind, welches in dem ersten Abschnitt 12a zu finden ist.

Unter Bezugnahme auf Figur 1 b ist nun zu erkennen, dass nach dem Verbinden der Nabe 10 mit der in den folgenden Figuren gezeigten Welle durch ein Einpressen eines entsprechenden Abschnitts der Welle in das Material der Nabe 10 auch in dem zweiten und dritten Abschnitt 12b und 12c sowie der Stufe 12d ein entsprechendes Zahn- oder Wellenprofil 14 gebildet worden ist, wodurch eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Komponenten hergestellt worden ist.

In den Figuren 2a bis 2c ist nun die entsprechende Welle 20 der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Baugruppe gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. In dem noch nicht mit der Nabe 10 aus den Figuren 1 a und 1 b verbundene Zustand aus der Figur 2a ist die Welle 20 in ihrem axial oberen Bereich noch zylinderförmig mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt Q1 geformt, wobei sie lediglich an ihrer Außenseite ein zu der Öffnung der Nabe 10 komplementäres Zahn- oder Wellenprofil 24 aufweist. Ferner ist im axial unteren Bereich der Welle 20 ein axialer Anschlag 26 vorgesehen, welcher das Einführen der Welle 20 in die Öffnung 12 der Nabe 10 in dieser Richtung begrenzt. An ihrer axialen Oberseite weist die Welle 20 in einem radial mittleren Teil ferner eine Sackloch-Bohrung 28 auf.

In den Figuren 2b und 2c ist nunmehr die Welle 20 in einem Zustand gezeigt, in welchem sie mit der Nabe 10 aus Figur 1 a und 1 b verbunden ist, wobei jedoch zunächst einmal auf eine Darstellung der Nabe 10 aus Gründen der Sichtbarkeit verzichtet worden ist. Hierbei zeigt sich, dass nach einer entsprechenden Verformung die Welle 20 nunmehr einen ersten axialen Abschnitt 22a umfasst, in welchem die Welle 20 den ersten konstanten Querschnitt Q1 aufweist, welcher dem Querschnitt Q1 der Öffnung 12 der Nabe 10 in deren erstem Abschnitt 12a entspricht. Hieran schließt sich in axialer Richtung ein zweiter axialer Abschnitt 22b an, welcher in axialer Richtung von dem ersten Querschnitt Q1 zu einem zweiten, größeren Querschnitt Q2 auseinanderläuft, während sich ferner an diesen zweiten axialen Abschnitt 22b ein dritter axialer Abschnitt 22c anschließt, welcher einen im Wesentlichen konstanten dritten Querschnitt Q3 aufweist, welcher größer als der zweite Querschnitt Q2 ist.

In den Figuren 3a bis 3c ist nun zuletzt die Welle-Nabe-Baugruppe 30 in einem Zustand gezeigt, in welchem die Welle 20 bereits in die Öffnung 12 der Nabe 10 eingesetzt, jedoch noch nicht verformt worden ist. Wie bereits angesprochen, kann in diesem Zustand der in Figur 3a nicht gezeigte Anschlag 26 das Einführen der Welle 20 in die Öffnung 12 der Nabe 10 in axialer Richtung A begrenzen.

Weiterhin ist in den Figuren 3b und 3c in zwei Ansichten die Welle-Nabe-Bau- gruppe 30 in ihrem letztlich verbundenen Zustand gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass zwischen der Nabe 10 und der Welle 20 eine form- und kraftschlüssige Verbindung durch das Zusammenwirken der einzelnen axialen Abschnitte der beiden Komponenten sowie insbesondere das Einpressen des dritten axialen Abschnitts 22c der Welle 20 in das Material der Nabe 10 im Bereich ihres dritten Abschnitts 12c sowie das axiale Anliegen an der Stufe 12d erzielt worden ist.