DE102004001142A1

DE102004001142A1 - Verfahren zur Formgebung von Wellenrohren und zur Herstellung von gebauten Wellen

Info

Publication number: DE102004001142A1
Application number: DE200410001142
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. Cremerius
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, wobei zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für Gelenkwellen, und ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung.

Aus der US 5,981,921 ist es bekannt, Gelenkzapfen von Kreuzgelenken in die Enden einer Rohrwelle einzustecken und die Enden der Rohrwelle mittels Magnetimpulsverfahren so radial zu reduzieren, daß eine Schweißverbindung zwischen Rohrende und Wellenzapfen entsteht. Die Gelenkgabeln werden anschließend zu Kreuzgelenken vervollständigt.

Im Kraftfahrzeugbereich sind heute Gelenkwellen üblich, die eine Zwischenwelle mit Wellenverzahnungen an den Wellenenden umfassen, auf die Gelenkbauteile von Gleichlaufdrehgelenken mit formschlüssig eingreifenden Innenverzahnungen aufgeschoben werden. Anschließend werden die drehmomentfest verbundenen Komponenten axial formschlüssig gegeneinander gesichert, insbesondere mit Sicherungsringen, die in einander ergänzende Umfangsnuten eingreifen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wellenrohre und Wellen, insbesondere als Zwischenwellen für Gleichlaufgelenkwellen, bereitzustellen, die sich kostengünstig herstellen lassen und ein verbessertes NVH-Verhalten (noise, vibration, harshness) haben. Die erfindungsgemäße Lösung besteht in Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, nach denen zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird oder erweitert wird. Durch die Querschnittsveränderung können dem Wellenrohr besonders zugeschnittene Festigkeits- und Schwingungseigenschaften „maßgeschneidert" aufgeprägt werden. Sowohl das Reduzieren als auch das Aufweiten kann frei ohne Gegenhalten von innen bzw. von außen erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, das Reduzieren über einem entfernbaren Dorn vorzunehmen, der in das Wellenrohr eingeschoben wird, und das Aufweiten in einem teilbaren Gesenk durchzuführen, in das das Wellenrohr eingeschoben wird.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht weiter in Verfahren zur Herstellung einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, bei dem das Wellenrohr zumindest in einem Längsabschnitt zwischen den Wellenzapfen durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird oder aufgeweitet wird und das Wellenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.

Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Welle hat gegenüber den eingangs genannten Wellen nach dem Stand der Technik den Vorteil, daß sie aufgrund ihrer Querschnittsänderungen oder Querschnittssprünge über dem Längsverlauf mit besonders zugeschnittenen Festigkeits- und Schwingungseigenschaften hergestellt werden kann, die das NVH-Verhalten je nach Anwendungsfall gezielt verbessern können. Eine nach diesen Verfahren hergestellte Welle hat zum anderen den Vorteil eines verminderten Gewichts gegenüber Vollwellen, wobei die Verwendung von voll ausgebildeten Wellenzapfen vorteilhaft ist. An diesen Wellenzapfen können beispielsweise Wellenverzahnungen durch Ziehoperationen hergestellt werden, was bei durchgehenden Rohrwellen nur eingeschränkt möglich ist.

Wie bereits erwähnt wird der zumindest eine Längsabschnitt über einem entfernbaren Dorn reduziert, der den endgültigen Innendurchmesser des Wellenrohres im reduzierten Bereich definiert. Alternativ können auch im Wellenrohr verbleibende Hülsen oder Zapfen in diesem positioniert werden, die das Maß der Reduzierung des Längsabschnitts begrenzen und durch ihre Querschnittsform bestimmen. Es ist je doch auch möglich, den Längsabschnitt frei zu verformen. Beim Aufweiten wird der entsprechende Längsabschnitt in ein Gesenk eingelegt, das den endgültigen Außendurchmesser des Wellenrohrs im aufgeweiteten Bereich definiert. Das Aufweiten kann auch durch aufgeschobene Hülsen limitiert werden, die auf dem aufgeweiteten Längsabschnitt verbleiben. Endlich ist auch hier das freie Aufweiten ohne Gegenhalten möglich.

In besonderer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Wellenzapfen in die Rohrenden eingesteckt sind und die Rohrenden mittels Magnetimpulsumformung gegenüber dem Ausgangsdurchmesser des Wellenrohres reduziert werden, wobei zwischen den Rohrenden und den eingesteckten Wellenzapfen jeweils eine Schweißverbindung hergestellt wird. Hierbei ist es günstig, wenn an den eingesteckten Wellenzapfen Ringnuten vorgesehen sind und zwischen den Rohrenden und den Ringnuten ein formschlüssiger Eingriff entsteht. Hierbei bilden sich die Ringnuten an den Wellenzapfen außen an den Rohrenden ab und können derart zur formschlüssigen Festlegung von Faltenbälgen dienen, die mit einem Bund auf der Welle festzulegen sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren und vorteilhafte Verfahrenserzeugnisse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt den Verfahrensschritt des radialen Umformens eines Längsabschnittes einer Rohrwelle über einem entfernbaren Dorn
a) vor dem Magnetimpulsumformen
b) beim Magnetimpulsumformen;
2 zeigt den Verfahrensschritt des radialen Umformens eines Längsabschnittes einer Rohrwelle über einem teilbaren Gesenk
c) vor dem Magnetimpulsumformen
d) beim Magnetimpulsumformen;
3 zeigt Ausführungsbeispiele einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Welle
a) in einer ersten Ausführungsform
b) in einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist ein Abschnitt einer Rohrwelle 11 gezeigt, in die ein Dorn 12 koaxial eingeschoben ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Rohrwelle. In Darstellung a) ist die Rohrwelle 11 in ihrem unverformten Ausgangszustand gezeigt.
In Darstellung b) ist eine Induktorspule 1 über die Rohrwelle 11 geschoben und die Rohrwelle in einem axial beschränkten Längsabschnitt 13 von der Länge L durch ein Magnetimpulsverfahren im Durchmesser so reduziert, daß sie mit ihrem Innendurchmesser auf dem Dorn 12 aufsitzt. Die Kraftlinien des Magnetimpulsverfahrens sind durch Pfeile F angedeutet. Außerhalb der Länge L hat die Rohrwelle 11 ihren Ausgangsdurchmesser beibehalten. Der Dorn ist anschließend unter axialer Belastung entfernbar.
Alternativ zu einem entfernbaren Dorn kann auch eine Hülse oder ein Zapfen von der Länge L im Bereich 13 eingesetzt werden, der nach dem Magnetimpulsumformen in der Rohrwelle 11 verbleibt.
In 2 ist ein Abschnitt einer Rohrwelle 11 gezeigt, die in ein Gesenk G koaxial eingeschoben ist, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Rohrwelle. In Darstellung a) ist die Rohrwelle 11 in ihrem unverformten Ausgangszustand gezeigt. Eine Indukturspule I ist in die Rohrwelle eingeschoben.
In Darstellung b) ist die Rohrwelle in einem axial beschränkten Längsabschnitt 13' durch ein Magnetimpulsverfahren im Durchmesser so erweitert, daß sie mit ihrem Außendurchmesser im Gesenk G einsitzt. Die Kraftlinien des Magnetimpulsverfahrens sind durch Pfeile F angedeutet. Außerhalb des Längsabschnitts 13' von der Länge L hat die Rohrwelle 11 ihren Ausgangsdurchmesser beibehalten. Das Gesenk ist anschließend aufgrund seiner Teilbarkeit entfernbar.
Alternativ zu einem entfernbaren Gesenk kann auch eine Hülse von der Länge L im Bereich 13' aufgeschoben werden, der nach dem Magnetimpulsumformen außen auf der Rohrwelle 11 verbleibt.
In 3 sind jeweils eine Rohrwelle 11 und zwei Wellenzapfen 15, 16 in ineinandergeschobenem Zustand vor dem Magnetimpulsverfahren an der Rohrwelle (obere Bildhälfte) und nach dem Magnetimpulsverfahren (untere Bildhälfte) dargestellt. In Darstellung a) hat die Rohrwelle 11 zwei symmetrisch zu den Wellenzapfen 15, 16 liegende Verformungsabschnitte 13, 14 mit gegenüber dem Ausgangsdurchmesser reduziertem Durchmesser. Diese sind in Magnetimpulsumformschritten nach 1 hergestellt. Auf Befestigungsabschnitten 17, 18 der Wellenzapfen 15, 16 mit zylindrischer Außenform ist die Rohrwelle 11 ebenfalls durch Magnetimpulsverfahrensschritte in Endabschnitten 19, 20 reduziert, wobei zwischen der Innenseite der Endabschnitte 19, 20 und den Verbindungsbereichen 17, 18 Schweißverbindungen entstanden sind.
In der Darstellung b) sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern dargestellt. An den Endabschnitten 17, 18 der Wellenzapfen 15, 16 sind jedoch Ringnuten 21, 22 ausgebildet, in die sich die Endabschnitt 19, 20 der Rohrwelle 11 so formschlüssig einformen, daß sich auf der Oberfläche der Rohrwelle im Bereich der Endabschnitt äußere Ringnuten 23, 24 abbilden. Diese können zur Festlegung von Faltenbälgen auf der Welle dienen. Die Wellenzapfen 15, 16 können Wellenverzahnungen tragen, die hier nicht im einzelnen dargestellt sind und vor der Verbindung der Wellenzapfen mit der Rohrwelle 11 insbesondere durch ein Verzahnungsziehverfahren hergestellt worden sein können.

11: Rohrwelle
12: Dorn
13: Längsabschnitt
14: Längsabschnitt
15: Wellenzapfen
16: Wellenzapfen
17: Befestigungsabschnitt
18: Befestigungsabschnitt
19: Endabschnitt
20: Endabschnitt
21: Ringnut
22: Ringnut
23: Ringnut
24: Ringnut

Claims

Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt über einem entfernbaren Dorn reduziert wird.
Verfahren zur Formgebung eines Wellenrohres, insbesondere zur Verwendung als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser erweitert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt in einem teilbaren Gesenk erweitert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser reduziert wird und das Wellenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt des Wellenrohres über einem entfernbaren Dorn reduziert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Welle bestehend aus einem Wellenrohr und zwei damit verbundenen Wellenzapfen zur Drehmomenteinleitung, insbesondere als Zwischenwelle für eine Gelenkwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Längsabschnitt des Wellenrohres durch Magnetimpulsumformung gegenüber seinem Ausgangsdurchmesser erweitert wird und das Wel lenrohr dann mit Wellenzapfen verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Längsabschnitt des Wellenrohres in einem teilbaren Gesenk erweitert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Endabschnitt des Wellenrohres über einem eingesteckten Wellenzapfen durch Magnetimpulsumformung im Durchmesser reduziert wird, wobei zwischen Endabschnitt und eingestecktem Wellenzapfen eine Schweißverbindung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem eingesteckten Wellenzapfen eine Ringnut vorgesehen wird und zwischen dem Endabschnitt des Wellenrohres und der Ringnut ein formschlüssiger Eingriff hergestellt wird.