DE10150705A1

DE10150705A1 - Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE10150705A1
Application number: DE2001150705
Authority: DE
Inventors: Stephan Bleicher; Augustin Schaeffler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Welle-Nabe-Verbindung, bei der außen an der Nabe ein Vorspannelement angeordnet ist, das eine Zuspannung der Nabe in Radialrichtung auf die Welle ermöglicht. Die Montage der Welle-Nabe-Verbindung erfolgt im "entspannten Zustand", d. h. es ist genügend Montagespiel vorhanden. Anschließend wird die Nabe mit dem Vorspannelement in radialer Richtung zugespannt, so dass sich eine spielfreie Welle-Nabe-Verbindung ergibt. Dies hat u. a. den Vorteil, dass "Mikrobewegungen" zwischen Welle und Nabe vermieden werden. Das Vorspannelement kann beispielsweise ein Gewindering mit einem konischen Gewinde sein. Zur Erleichterung der Zuspannung sind in der Nabe in Nabenlängsrichtung verlaufende Spannschlitze vorgesehen. Sie erhöhen die Elastizität der Nabe in Radialrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus G. Niemann, Maschinenelemente, Band I, 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1981 sind verschiedene Welle-Nabe-Verbindungen bekannt, die sich in reibschlüssige und formschlüssige Welle-Nabe- Verbindungen unterteilen lassen. Bei den formschlüssigen Welle-Nabe- Verbindungen unterscheidet man zwischen vorgespannten und nicht vorgespannten Welle-Nabe-Verbindungen. Herkömmliche Welle-Nabe- Verbindungen wie z. B. Passfedern, Keilwellenprofile, Kerbzahnprofile, Zahnnaben- und Zahnwellenprofile oder Polygonwellenverbindungen sind nicht vorgespannt. Bei diesen Welle-Nabe-Verbindungen besteht aus Montagegründen ein gewisses Spiel zwischen Welle und Nabe. Zur Vermeidung dieses Spiels können "Keilelemente" verwendet werden. Durch Eintreiben eines Keils bzw. Auftreiben der Nabe werden Keil, Nabe und Welle gegeneinander gepresst, so dass ein Drehmoment durch Reibschluss übertragen werden kann. Zusätzlich kann auch durch den Formschluss zwischen dem Keil und der Nut ein Drehmoment übertragen werden.

Das durch Reibschluss übertragene Drehmoment ist von der Eintreibkraft des Keils abhängig und somit unbestimmt. Desweiteren ist für das Eintreiben des Keils in Längsrichtung der Welle relativ viel Platz erforderlich.

Bei verschiedenen Anwendungen, wie z. B. bei Antriebssträngen von Motorrädern, bei denen das Motordrehmoment über Gelenkwellen an das Hinterrad übertragen wird, ist häufig sehr wenig Montageraum vorhanden. Insbesondere bei Gelenkwellen, bei denen die Antriebswelle bzw. die Getriebewelle nicht auf einer Raumachse mit der Abtriebswelle, z. B. der Hinterachsgetriebewelle liegt, ist mindestens ein Kardangelenk erforderlich. Je nach Anordnung der Wellen verändern sich im Betrieb bei einer Relativbewegung die Beugewinkel zwischen An- und Abtriebswellen und der Gelenkwelle. Je nach Anordnung können Unwuchten bzw. Drehungleichförmigkeiten der Gelenkwelle und der dazugehörigen Gelenke entstehen. Insbesondere bei höheren Drehzahlen ergeben sich hierdurch störende Massenkräfte und Oberschwingungen, die in das Antriebssystem eingeleitet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen, die spielfrei, konstruktiv einfach und kompakt aufgebaut ist, und die insbesondere für einen Einsatz im Antriebsstrang eines Fahrzeugs geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht in einem "Vorspannelement", das außen an der Nabe angeordnet ist und das eine Zuspannung der Nabe in Radialrichtung auf die Welle ermöglicht. Die Montage der Welle-Nabe- Verbindung erfolgt im "entspannten Zustand", d. h. es ist genügend Montagespiel vorhanden. Anschließend wird die Nabe mit dem Vorspannelement in radialer Richtung zugespannt, so dass sich eine spielfreie Welle-Nabe-Verbindung ergibt. Dies hat u. a. den Vorteil, dass "Mikrobewegungen" zwischen Welle und Nabe und "Passungsrost" vermieden werden.

Das Vorspannelement kann beispielsweise ein Gewindering oder eine Gewindehülse sein. Zur Erleichterung der Zuspannung sind in der Nabe in Nabenlängsrichtung verlaufende Spannschlitze vorgesehen. Sie erhöhen primär die Elastizität der Nabe in Radialrichtung. Vorzugsweise sind mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Spannschlitze vorgesehen. Prinzipiell kann aber auch nur ein Spannschlitz vorgesehen sein.

Zur Erzeugung einer Radialkraft weisen die Nabe und das Vorspannelement einander zugeordnete konische Abschnitte auf. Die konischen Abschnitte sind im Bereich der Spannschlitze der Nabe vorgesehen. Beim axialen Verspannen der Nabe und des Vorspannelements liegen die konischen Abschnitte aneinander an. Dabei entsteht zwischen dem Vorspannelement und der Nabe eine Radialkraft, die die Nabe radial zusammendrückt.

Vorzugsweise wird die radiale Zuspannung durch ein "konisches Gewinde" erreicht. Das heißt, beim Aufschrauben des Vorspannelements auf die Nabe wird diese "automatisch" radial zusammengedrückt. Ein zwischen der mit der Nabe verbundenen Welle und der Nabe im Einbauzustand vorhandenes Spiel wird somit eliminiert.

Alternativ dazu können die Funktionen "axiales Verspannen" und "radiales Zuspannen" auch konstruktiv getrennt sein. In diesem Fall handelt es sich bei den konischen Abschnitten der Nabe und des Vorspannelements um glatte Kegelflächen. Außen an der Nabe und am Vorspannelement kann in diesem Fall ein herkömmliches Gewinde vorgesehen sein. Durch Aufschrauben des Vorspannelements auf die Nabe entsteht eine Axialkraft, die an den konischen Flächen eine Radialkraft erzeugt, welche die Nabe in Radialrichtung zusammendrückt.

Die oben beschriebene Erfindung ist im Zusammenhang mit einer Vielzahl formschlüssiger Welle-Nabe-Verbindungen einsetzbar, z. B. bei Keilverzahnungen, Kerbverzahnungen, Passfederverbindungen etc.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit konischem Gewinde;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer Welle 1, die hier über eine Keilwellenverbindung 2 formschlüssig, d. h. drehfest mit einer Nabe 3 verbunden ist. Außen auf der Welle 1 ist ein Keilwellenprofil vorgesehen, das in ein komplementär gestaltetes Keilprofil der Nabe 3 eingeschoben ist. Die Nabe 3 ist hier mit einer nicht näher dargestellten Gelenkwelle 4 verbunden.
In der Nabe 3 sind mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Spannschlitze vorgesehen, von denen hier nur die Spannschlitze 5, 6 gezeigt sind. Die Spannschlitze 5, 6 erhöhen die "radiale Elastizität" der Nabe 3.
Die Nabe 3 weist einen konischen Abschnitt 7 auf, der hier mit einem konischen Außengewinde versehen ist.
Ferner ist ein Vorspannelement 8 vorgesehen, das die Funktion einer Spannmutter hat, und das mit einem zugeordneten konischen Innengewinde 9 versehen ist.
Durch Aufschrauben der Spannmutter 8 auf das Außengewinde des konischen Abschnitts 7 der Nabe 3 wird die Nabe 3 in Radialrichtung zusammengedrückt, so dass das zwischen der Welle 1 und der Nabe 3 vorhandene und für die Montage erforderliche Spiel eliminiert wird.
Eine derartige Spannmutter 8 beansprucht im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten axial einzutreibenden Spannkeilen relativ wenig Montageraum. Ein Festziehen der Spannmutter 8 ist beispielsweise mittels eines herkömmlichen Gabelschlüssels oder bei beengten Montageverhältnissen mittels eines in Umfangsrichtung angreifenden Hakenschlüssels möglich.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die Funktionen "axiales Verspannenen" und "radiales Zuspannen" konstruktiv voneinander getrennt sind. Die Nabe 3 weist hier einen konischen Abschnitt 7 auf, der glatt ist. Dementsprechend weist auch das Vorspannelement 8 einen zugeordneten glatten konischen Abschnitt 9 auf, der an dem konischen Abschnitt 7 anliegt. In einem kreiszylindrischen Außenbereich 10 der Nabe 3 ist ein herkömmliches Außengewinde 11 vorgesehen, das mit einem zugeordneten Innengewinde 12 der Nabe 3 zusammenwirkt.
Beim Aufschrauben des Vorspannelements 8 auf die Nabe 3 werden das Vorspannelement 8 und die Nabe axial verspannt. Zwischen den beiden konischen Abschnitten 7 und 9 entsteht dabei eine Radialkraft, welche die Nabe 3 in Radialrichtung zusammenspannt. Die Nabe 3 wird dabei im Bereich der Spannschlitze 5, 6 radial zusammengedrückt, so dass das für die Montage erforderliche Spiel eliminiert wird.

Claims

1. Formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, die spielfrei vorspannbar ist, mit
einer Nabe, die auf eine Welle aufgeschoben ist, wobei zwischen der Welle und der Nabe mindestens ein Formschlusselement angeordnet ist, das die Nabe in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Welle verbindet,
dadurch gekennzeichnet, dass außen an der Nabe (3) ein Vorspannelement (8) angeordnet ist, mit dem die Nabe (3) in Radialrichtung zuspannbar ist.

2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (8) die Form einer Hülse bzw. eines Ringes hat.

3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) mindestens einen in Längsrichtung der Nabe (3) verlaufenden Spannschlitz (5, 6) aufweist.

4. Welle-Nabe-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) an ihrem Außenumfang (8) einen ersten konischen Abschnitt (7) aufweist und dass an dem Vorspannelement (8) ein zweiter konischer Abschnitt (9) vorgesehen ist, der mit dem ersten konischen Abschnitt (7) zusammenwirkt.

5. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Abschnitte (7, 9) im Bereich der Spannschlitze (5, 6) vorgesehen sind.

6. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Abschnitt (7) am freien Ende der Nabe (3) vorgesehen ist.

7. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (8) von außen auf die Nabe (3) aufgeschraubt ist.

8. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Abschnitt (7) ein Außengewinde und der zweite konische Abschnitt (9) ein Innengewinde ist.

9. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Abschnitte (7, 9) glatte Kegelmantelflächen sind.

10. Welle-Nabe-Verbindung, nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) einen zylindrischen Abschnitt mit einem Außengewinde (11) aufweist, auf den das Vorspannelement (8) aufgeschraubt ist.

11. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) mit der Welle (1) über eine Keilverzahnung (2) verbunden ist.

12. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) mit der Welle (1) über eine Kerbverzahnung verbunden ist.