DE102009001661A1

DE102009001661A1 - Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle in einem Bauteil

Info

Publication number: DE102009001661A1
Application number: DE102009001661A
Authority: DE
Inventors: Manfred Himbert; Michael Sossong
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-23
Also published as: JP2010223430A; US20100236050A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) in einem Bauteil (2), insbesondere einer Gehäusewand. Es wird vorgeschlagen, dass die axiale Fixierung als ein durch Taumelnieten herstellbarer Taumelwulst (5) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle in einem Bauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
Die Befestigung und axiale Fixierung einer Welle in einem anderen Bauteil kann von verschiedenen Forderungen abhängen: beispielsweise können die miteinander zu verbindenden Teile unterschiedliche Werkstoffe und damit auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, was bei bestimmten Verbindungen, z. B. einem Presssitz zu Problemen führen kann. Darüber hinaus soll eine derartige Verbindung möglichst kompakt, d. h. unter Beanspruchung von möglichst wenig Bauraum gestaltet werden. Unter diesem Aspekt sind beispielsweise Flanschverbindungen wegen ihres zusätzlichen Bauraums und Gewichts nicht geeignet. Bekannt sind daher Verbindungen, welche auf einer Kaltverformung eines der beiden zu verbindenden Bauteile beruhen.
Durch die EP 1 476 261 B1 wurde ein Verfahren zur Verbindung eines Aludruckgussteiles mit einem anderen Teil bekannt, welches vorzugsweise als Blech aus einem anderen Material ausgebildet ist. Das Aludruckgussteil weist einen Kragen auf, der durch Rollen eines Rollierwerkzeuges auf dem ganzen Umfang derart verformt wird, dass das Blechteil festgeklemmt und somit eine formschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen hergestellt wird. Alternativ wird vorgeschlagen, anstelle der Verformung mittels des Rollierwerkzeuges ein Nietverfahren wie beispielsweise das Taumelnietverfahren einzusetzen.
Das Taumelnietverfahren ist eine bekannte Alternative zum herkömmlichen Nieten, wobei der Schließkopf des Niets durch einen in Richtung der Nietachse zugestellten Nietstempel, auch Nietdöpper genannt, ausgeformt wird. Nachteilig hierbei sind der relativ hohe Kraftaufwand und das Geräusch. Beim Taumelnietverfahren wird der Schließkopf des Niets partiell durch einen eine Taumelbewegung ausführenden Nietdöpper verformt, wobei die stirnseitige Arbeitsfläche des Nietdöppers, die so genannte Döpperfläche, eben ausgebildet sein kann, sodass sich ein kegelförmig ausgebildeter Schließkopf des Niets ergibt. In der DE 10 2005 040 795 A1 ist ein derartiges Verfahren zum Taumelnieten und eine Nieteinrichtung zur Durchführung des Taumelnietverfahrens beschrieben.
Durch die DE 33 15 758 A1 wurde eine Vorrichtung zum Taumelnieten bekannt, bei welcher der Nietstempel eine taumelnde Bewegung ausführt und eine muldenförmige Arbeits- oder Döpperfläche aufweist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass die Verbindung auch für Teile mit unterschiedlichen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere Aluminiumdruckgusswerkstoffe und Stahl geeignet und darüber hinaus kompakt ausgebildet ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung der Welle sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß erfolgt die axiale Fixierung der Welle durch einen Taumelwulst, welcher an dem die Welle aufnehmenden Bauteil durch Taumelnieten ausgeformt wird. Damit wird eine formschlüssige, kompakte Verbindung durch Kaltverformung des Bauteils hergestellt, welche auch unterschiedlichen Wärmedehnungen der Welle einerseits und des Bauteils andererseits standhält.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einer Gusslegierung hergestellt, d. h. als Sand- oder Druckgussteil ausgebildet. Das Bauteil kann als Gehäusewand eines Getriebegehäuses ausgebildet sein, wobei die Gehäusewand als zusätzliches plattenförmiges Bauteil oder als integrierter Bestandteil des Gehäuses ausgebildet sein kann. Durch das Taumelnietverfahren, welches mit einem eine taumelnde Bewegung ausführenden Nietstempel durchgeführt wird, wird das als Gussteil ausgebildete Bauteil auf seinem Umfang nach und nach umgeformt, wobei nur relativ geringe Verformungskräfte auftreten und die Gefahr eines Materialbruches oder -reißens weitgehend ausgeschaltet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die vorzugsweise in Stahl hergestellte Welle einen Bund mit einer ersten axialen Anschlagfläche auf, an dem sich der Taumelwulst axial abstützt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Bund eine zweite axiale Anschlagfläche und das Gussbauteil eine Stufenbohrung mit mindestens einem Absatz auf, welcher sich an der zweiten Anschlagfläche axial abstützt. Damit ist die Welle in beiden axialen Richtungen formschlüssig gegenüber dem Bauteil fixiert.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Welle als Hohlwelle, insbesondere als Getriebewelle ausgebildet sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Welle, welche einen Bund aufweist, in das Bauteil, welches mindestens einen ersten Absatz aufweist, bis zum axialen Anschlag eingeschoben. Danach wird der äußere, stirnseitige Rand der Stufenbohrung durch ein dem Taumelnieten ähnliches Verfahren zu einem Wulst, einem so genannten Taumelwulst umgeformt. Der Umformvorgang erfolgt nicht in einem Schritt, sondern in einer Vielzahl von nacheinander über den Umfang ablaufenden Schritten, sodass der Kraftaufwand für die Umformung und ebenso das damit verbundene Geräusch relativ niedrig sind. Durch die schonende Umformung des Materials besteht die Gefahr eines Materialbruches oder -reißens nicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst. Erfindungsgemäß ist das Umformwerkzeug als Nietstempel ausgebildet, welcher eine Taumelbewegung ausführt und damit über den Umfang des Bau teils abrollt. Vorzugsweise ist der Nietstempel ringförmig mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher an die Stufenbohrung bzw. den Welledurchmesser angepasst ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 einen Axialschnitt durch eine in einem Bauteil axial fixierte Hohlwelle und
2 eine Einzelheit X aus 1 in vergrößerter Darstellung.
1 zeigt eine als Hohlwelle 1 ausgebildete Welle, welche in einem plattenförmigen Bauteil 2 aufgenommen und axial fixiert ist. Das Bauteil 2 ist vorzugsweise aus einem Aluminiumgusswerkstoff hergestellt und als Sand- oder Druckgussteil ausgebildet. Das Bauteil 2 kann eine separate Gehäusezwischenwand oder eine integrierte Gehäusewand eines Getriebegehäuses sein, in welcher die vorzugsweise als Getriebewelle ausgebildete Hohlwelle 1 in axialer und radialer Richtung abgestützt ist. Die Hohlwelle 1 ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt und weist somit einen (ca. 50%) geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Bauteil 2 auf. Das Bauteil 2 weist eine Stufenbohrung 3 mit einem Absatz 3a auf. Die Hohlwelle 1 weist einen Bund 4 zur axialen Fixierung im Bauteil 2 auf.
2 zeigt eine Einzelheit X aus 1 in vergrößerter Darstellung, aus welcher die axiale Fixierung beider Teile 1, 2 deutlich hervorgeht. Der Bund 4 der Hohlwelle 1 weist eine erste und eine zweite axiale Anschlagfläche 4a, 4b auf. Die Hohlwelle 1 liegt mit der zweiten axialen Anschlagfläche 4b am Absatz 3a des Bauteils 2 an und ist damit in einer axialen Richtung fixiert. Die axiale Fixierung in der anderen Richtung erfolgt durch einen Taumelwulst 5, welcher durch Kaltverformung aus dem Bauteil 2 radial nach innen und axial gegen die erste Anschlagfläche 4a ausgeformt ist. Der Taumelwulst 5 stützt sich somit spielfrei gegen den Bund 4 der Hohlwelle 1 ab. Damit ist die Hohlwelle 1 in beiden axialen Richtungen gegenüber dem Bauteil 2 fixiert. Der Taumelwulst 5 weist eine Stirnfläche 5a auf, welche gegenüber einer Planfläche 2a des Bauteils 2 nach innen (in der Zeichnung nach rechts) versetzt ist. Dieses Maß in axialer Richtung wird als Taumeltiefe t bezeichnet und kennzeichnet das Maß der axialen Verdrängung des Gussmaterials des Bauteils 2.
Die Montage und axiale Fixierung der Hohlwelle 1 im Bauteil 2 erfolgt in den nachfolgend beschriebenen Schritten: Die Hohlwelle 1 wird in die Stufenbohrung 3 eingeschoben, bis deren Bund 4 am Absatz 3a anliegt. Anschließend wird ein in der Zeichnung nicht dargestelltes als Nietstempel ausgebildetes Umformwerkzeug an der Stirnfläche 2a des Bauteils 2 angesetzt, d. h. in axialer Richtung zugestellt. Der nicht dargestellte Nietstempel kann vorzugsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildet und in seinem Durchmesser an die zu verformende Kreisringfläche der Stirnfläche 2a angepasst sein. Bei der Umformung führt der Nietstempel eine aus dem Taumelnietverfahren bekannte Taumelbewegung durch und wird dabei gleichzeitig axial zugestellt, bis die Taumeltiefe t erreicht ist. Das Material des Bauteils 2 ist am Ende des Umformvorganges bis zur Planfläche 5a axial und gleichzeitig radial nach innen zu dem umlaufenden Taumelwulst 5 verformt, der gegenüber der Welle 1 einen Radialspalt aufweist.

1: Hohlwelle
2: Bauteil
2a: Planfläche
3: Stufenbohrung
3a: Absatz
4: Bund
4a: erste axiale Anschlagfläche
4b: zweite axiale Anschlagfläche
5: Taumelwulst
5a: Stirnfläche
t: Taumeltiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1476261 B1 [0003]
- DE 102005040795 A1 [0004]
- DE 3315758 A1 [0005]

Claims

Anordnung zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) in einem Bauteil (2), insbesondere einer Gehäusewand, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Fixierung als ein durch Taumelnieten herstellbarer Taumelwulst (5) ausgebildet ist.
Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) aus Stahl hergestellt ist.
Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einer Gusslegierung hergestellt ist.
Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) einen Bund (4) mit einer ersten axialen Anschlagfläche (4a) aufweist und dass der Taumelwulst (5) gegen die Anschlagfläche (4a) axial abgestützt ist.
Anordnung zur Befestigung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (4) eine zweite axiale Anschlagfläche (4b) und das Bauteil (2) eine Stufenbohrung (3) mit mindestens einem Absatz (3a) aufweisen, der an der zweiten axialen Anschlagfläche (4b) axial abgestützt ist.
Anordnung zur Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Gussplatte (2) zur Abstützung der Welle (1), insbesondere in einem Getriebegehäuse ausgebildet ist.
Anordnung zur Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Hohlwelle (1) ausgebildet ist.
Verfahren zur Befestigung und axialen Fixierung einer Welle (1) an einem Bauteil (2) nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) bis zum axialen Anschlag in die Stufenbohrung (3) des Bauteiles (2) eingeschoben und dass anschließend der stirnseitige Rand (2a) der Stufenbohrung (3) durch ein dem Taumelnieten ähnliches Verfahren umgeformt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch einen eine Taumelbewegung ausführenden, vorzugsweise ring- oder hülsenförmig ausgebildeten Nietstempel.