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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine drehspielfreie Welle-Nabenverbindung
mittels einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung.
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Welle-Nabenverbindungen
werden vielfältigst
eingesetzt. Insbesondere im Automobilbereich werden diese oftmals
genutzt, um Gelenkverbindungen herzustellen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Welle-Nabenverbindung zur
Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Welle-Nabenverbindung mit den Merkmalen des
Anspruches 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung einer Welle-Nabenverbindung
mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine
vorgeschlagene axialspielfreie insbesondere auch drehspielfreie
Welle-Nabenverbindung mittels einer Innenverzahnung und einer Außenverzahnung
weist zumindest einen Zahnkopfbereich einer Nabenverzahnung und
einen Zahnfußbereich
einer Wellenverzahnung auf, die derart miteinander in Kontakt stehen,
daß zumindest
ein Nabenbereich aufgeweitet ist und zumindest ein Nabenbereich
der Nabe oder der Welle plastisch verformt ist, wobei der aufgeweitete
Nabenbereich entlang einer Axialerstreckung der Welle-Nabenverbindung
in einem Bereich einer Endposition einer Montage von Welle und Nabe
angeordnet ist. Auf diese Weise gelingt es, daß insbesondere mit einer sehr
geringen Anfangskraft die Welle-Nabenverbindung geschaffen werden kann.
Erst in einem letzten Bereich, vorzugsweise in einem letzten Drittel,
insbesondere einem Viertel einer Ineinanderschiebung von Welle und
Nabe weichen die Konturen der Wellenverzahnung und Nabenverzahnung
derart voneinander ab, daß eine plastische
Verformung und damit ein Verpressen von Welle und Nabe erfolgt.
Dadurch wird z. B. bei Verzahnungen der Toleranzklasse 6 von Welle
und Nabe eine drehspielfreie Verbauung geschaffen, ohne daß eine Klassifizierung
der Verzahnungen notwendig ist und ohne daß unzulässig hohe Deformationen an den
Funktionsbereichen der Nabe auftreten. Dieser Bereich, in dem Welle
und Nabe miteinander verpresst sind, wird im Folgenden als Endbereich
bezeichnet.
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Die
Erfindung erlaubt, im Rahmen der Fertigungstoleranzen der Verzahnungen
bei beliebiger Kombination der Toleranzlagen von Wellen- und Nabenverzahnung
immer eine drehspielfreie Verbindung zu schaffen. Dieses erlaubt
ein Zusammensetzen von Welle und Nabe, ohne dass vorher überprüft werden
muss, welche Toleranzen wo an welchem Bauteil sind. Beispielsweise
kann somit ein Zusammenbauen erfolgen, ohne dass eine Lagekontrolle der
Bauteile bzw. ein Abgleich erfolgt, wie die Bauteile zueinander
anzuordnen sind.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Endbereich zumindest
in unmittelbarer Nähe
zu einer Stirnfläche
der Nabe und/oder der Welle angeordnet ist. Eine Weiterbildung sieht
vor, daß der
Endbereich sich bis zu einer Stirnfläche hin erstreckt.
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Der
Endbereich als Bereich einer Endposition einer Montage von Welle
und Nabe ist vorzugsweise ein Bereich, den Welle und Nabe erst nach etwa
70 %, vorzugsweise erst nach 80 % eines Ineinanderschiebens erreichen.
Ab diesem Bereich beginnt das eigentliche Verpressen. Der Bereich
kann somit nicht nur in unmittelbarer Nähe zu einer Stirnfläche, sondern
auch beabstandet davon, insbesondere in einem mittleren Bereich
einer Axialerstreckung der Welle-Nabenverbindung angeordnet sein.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Endbereich zumindest in unmittelbarer Nähe zu einem
Anstieg der Wellenverzahnung, insbesondere in einem Anstieg der
Wellenverzahnung, angeordnet ist. Beispielsweise ist vorgesehen,
daß eine
Verzahnung der Welle eine Stufengeometrie aufweist. Diese Stufengeometrie
kann genutzt werden, um entweder den Stufenbereich und/oder einen
davor oder danach gelagerten Bereich der Verzahnung zur Verpressung
mit der Nabe einsetzen zu können.
Dieses ist ebenfalls durch Umkehrung mittels einer Stufe in der
Nabenverzahnung und entsprechender Einwirkung auf die Wellenverzahnung
möglich.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, daß die
miteinander verbauten Wellen und Nabenverzahnungen der Toleranzklasse
6 nach ANSI B92.1 oder besser unterliegen. Hierbei besteht die Möglichkeit,
daß die Toleranzklassen
von Welle- und Nabenverzahnung voneinander abweichen. Durch die
Ausnutzung einer gezielten plastische Verformung in einem begrenzten Verzahnungsbereich
von Welle und Nabe gelingt es, auch bei Verzahnungstoleranzen der
Klasse 6 oder besser, drehspielfreie Zahnwellenverbindungen bei nur
geringer Schwankung der Montagekraft zu erzeugen. Vorzugsweise ist
vorgesehen, daß eine Zahndicke
der Wellenverzahnung und eine Lückenweite
der Nabenverzahnung aufeinander derart abgestimmt sind, daß nach der
plastischen Verformung der sich geometrisch überlappenden Zahnbereiche auch
eine Verpressung von zumindest Teilbereichen der Zahnflanken beim
Ineinanderschieben vollzogen wird. Hierzu können diese soweit unter schiedlich
bemessen sein, daß sie
eine geometrische Interferenz bilden. Das bedeutet, daß sie einander überlappen und
nur durch gegenseitiges Verschieben miteinander verbunden werden
können.
Die relative Verschiebung der Zahnflanken bedingt dabei eine Deformation
der Bauelemente, wobei in der Regel die Nabe die größere Deformation
aufnimmt. Die Deformation kann rein elastisch oder kombiniert elastisch
und plastisch sein.
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Bevorzugt
ist es, wenn eine Flächenpressung
zwischen der Nabe und der Welle eine Fließgrenze eines verpreßten Werkstoffes
von zumindest der Nabe oder der Welle übersteigt. Auf diese Weise ist
sichergestellt, daß eine
plastische Verformung und damit einhergehend eine von den Toleranzen
der Verzahnungen weitgehend unabhängige Druckbildung zwischen
Welle und Nabe aufgebaut werden kann, die ausreichend ist, um die
Drehspielfreiheit auch nach wiederholter Belastung aufrechterhalten zu
können.
Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, daß beim Ineinandergreifen von
Zahndicke und Lückenweite
von Nabenverzahnung und Wellenverzahnung eine Aufweitung des Nabenbereiches
bewirkt wird. Beispielsweise ist vorgesehen, daß der aufgeweitete Nabenbereich
zumindest teilweise elastisch verformt ist. Die Deformation kann
elastisch, plastisch wie auch elastisch-plastisch erfolgen. Da vorzugsweise
vorgesehen ist, daß nur
ein einziger Bereich der Welle-Nabenverbindung zur Bildung der Axialsicherung
deformiert wird, können
andere Bereiche der Welle-Nabenverbindung keiner Verformung unterliegen.
Dieses ist insbesondere bei Einsatz der Welle-Nabenverbindung in
Bereichen wie einer Gelenk-Kugelnabe,
einem Zahnrad oder einem anderen, auf Präzision angewiesenem Bauteil
vorteilhaft.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Bereich höchster Pressung
zwischen der Welle und der Nabe in Nähe einer ersten Stirnseite
der Welle-Nabenverbindung
angeordnet ist, die einer zweiten Stirnseite der Welle-Nabenverbindung
gegenüberliegt,
in deren Bereich unter Nutzung der Welle-Nabenverbindung eine Krafteinleitung
erfolgt. Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zwischen einem ersten Bereich höchster Pressung
zwischen der Welle und der Nabe und einem zweiten Bereich einer
Krafteinleitung in die Nabe bei Nutzung der Welle-Nabenverbindung eine
Ausnehmung entlang eines Umfangs von zumindest der Wellen- oder
Nabenverzahnung angeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise
erzielt werden, daß eine
Zahnkraft in einem Bereich von einer Seite der Ausnehmung um einen
durch eine Tiefe und Länge
der Nut definierten Betrag geringer ist gegenüber einer Zahnkraft auf der
anderen Seite. Diese Massnahme verhindert Setzeffekte durch hohe
Zahnkräfte
in dem geringer beanspruchten Verzahnungsbereich und führt dadurch
zum Aufrechterhalten der Spielfreiheit über die gesamte Nutzungsdauer
auch bei geringer Pressung.
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Des
Weiteren kann eine Sicherung der Axialposition von Welle zu Nabe
zusätzlich
vorgesehen sein. Eine Ausgestaltung sieht hierbei vor, daß ein Sicherungsring
in einer umlaufenden Nut eingesetzt ist, wobei zumindest die Wellen-
oder Nabenverzahnungen, die sich entgegengesetzt von der Nut jeweils
erstrecken, unterschiedlich sind. Vorzugsweise wird eine Sprengringsicherung
mittels einer Nut vor dem Verzahnungsende der Nabe vorgesehen. In
einem derartigen Fall wird beispielsweise eine Verzahnungsform der
Welle im Bereich vor der Sicherungsnut unterschiedlich gegenüber einer
Verzahnungsform des Bereiches hinter der Sicherungsnut ausgestaltet.
Hierbei sieht der Verzahnungsbereich vor der Nut vor, daß keine
geometrische Interferenz bei der Verbauung mit der Nabe auftritt.
Der Verzahnungsbereich hinter der Nut hingegen weist eine geometrische
Interferenz vorzugsweise im Zahnfußbereich auf, die mit einem
Zahnkopfbereich der Nabenverzahnung in Kontakt tritt. Derartiges
wird beispielsweise bei einer Kugelnabe vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung durch axiales Ineinanderschieben
von Welle und Nabe vorgeschlagen, wobei eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung
relativ zueinander bewegt und miteinander verpresst werden, wobei
in einem ersten Bereich das Ineinanderschieben mit einem geringeren
Kraftaufwand erfolgt als bei einem Erreichen einer Endposition von
Welle zu Nabe, wobei in einem zweiten Bereich vor Erreichen der
Endposition der Kraftaufwand ansteigt und zumindest die Außen- oder
die Innenverzahnung unter Ausbildung einer Presskraft und bei gleichzeitiger
Selbstzentrierung zur Bildung einer Mittigkeit der Welle relativ
zu einer voreingestellten Nabenposition sich teilweise plastisch
verformen. Insbesondere erlaubt ein derartiges Verfahren mit Ausbildung
einer Presskraft zwischen Welle und Nabe die Einstellung einer festen
Axialposition von Welle zu Nabe.
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Das
Ineinanderschieben erfolgt vorzugsweise derart, daß ein Bereich
höchster
Pressung zwischen Welle und Nabe erst nach bevorzugt 70 % oder mehr
des Ineinanderschiebens von Welle und Nabe erzielt wird. Vorzugsweise
liegt der Bereich höchster
Pressung noch vor dem Erreichen einer Endstellung von Welle und
Nabe und ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80 % und 95
% des Ineinanderschiebens von Welle und Nabe angesiedelt. Die Verzahnung
von Welle und Nabe ist vorzugsweise derart, daß ein Kraftaufwand zum Ineinanderschieben
von Welle und Nabe während
zumindest der ersten 60 % des Ineinanderschiebens annähernd konstant
verläuft
und erst danach ansteigt. Vorzugsweise bleibt der Kraftaufwand kurz
vor Erreichen der Endposition im wesentlichen konstant.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Kraftaufwand beim Ineinanderschieben
gemessen wird und daß das
Ineinanderschieben bei Erreichen eines vorgebbaren Parameters das
Ineinanderschieben abgebrochen wird. Über die Messung des Kraftaufwandes
kann insbesondere bestimmt werden, ob die aufgebrachten Verpresskräfte ausreichend
sind. Zum anderen kann ebenfalls festgestellt werden, ob Welle und
Nabe in einer Relativposition angelangt sind, die gleichzeitig deren
Endposition für eine
spätere
Nutzung sein soll.
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Vorzugsweise
wird bei einer Montage die Welle und die Nabe aus einer Vielzahl
von Wellen und Naben ausgewählt,
ohne dass deren jeweilige Lagenposition in Relation zu ihren Fertigungstoleranzen
dabei einfließen.
Durch die vorgeschlagene Technik wird erlaubt, die Naben wie auch
die Wellen unsortiert lagern und den jeweiligen Montagestationen
zuführen
zu können.
Vorzugsweise entfällt
vor der Montage eine Abstimmung dahingehen, wie die Lagetoleranzen
von Welle und Nabe zueinander liegen.
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Vorzugsweise
wird die Welle-Nabenverbindung bei Gelenkwellen eingesetzt. Insbesondere wird
die Welle-Nabenverbindung im Bereich der Kraftfahrzeuge eingesetzt,
beispielsweise bei Achsverbindungen, Antriebsverbindungen, Getrieben
und Ähnlichem.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den nachfolgenden
Zeichnungen näher
angegeben. Die dort jeweils näher
dargestellten Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen
beschränkt.
Vielmehr können diese
mit anderen Merkmalen aus anderen Ausgestaltungen zu Weiterbildungen
verknüpft
werden. Auch können
diese Merkmale mit Merkmalen aus der obigen allgemeinen Beschreibung
zu Weiterbildungen verknüpft
werden.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung,
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3 eine
dritte beispielhafte Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung
mit einer zusätzlichen
Axialsicherung,
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4 eine
vierte Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung
mit einer weiteren Ausgestaltung einer zusätzlichen Axialsicherung,
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5 eine
fünfte
Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung mit einer
Nut in der Verzahnung,
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6 ein
sechstes Ausführungsbeispiel
einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung,
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7 einen
Querschnitt durch eine Welle-Nabenverbindung im Bereich einer geometrischen Interferenz,
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8 eine
zweite Ausgestaltung einer geometrischen Interferenz einer Verzahnung
von Nabe und Welle,
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9 eine
Ausgestaltung einer zweistufigen Verzahnung in der Nabe,
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10 eine
Ausgestaltung einer Doppelstufe in einer Verzahnung einer Welle,
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11 eine
beispielhafte Ausgestaltung einer Welle-Nabenverbindung mit einer
geometrischen Interferenz im Bereich von rampenartigen Verzahnungsbereichen,
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12 eine
Ausstülpung,
angeordnet in einer Verzahnung zur Erzielung einer geometrischen Interferenz,
hier beispielhaft dargestellt an der Verzahnung einer Nabe,
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13 eine
geometrische Interferenz zur Erzielung einer Welle und Nabe, hervorgerufen
durch unterschiedliche Steigungen von ineinandergeschobenen Stufen
in Welle und Nabe,
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14 eine
Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung am Beispiel
einer Kugelnabe mit einer rohrartigen Verlängerung im Bereich einer Preßverbauung
der Verzahnung,
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15 ein
Beispiel einer Pressverbauung mit axialer Sicherung und einer Entlastung
an einer Welle-Nabenverbindung mit einer an der Stirnseite der Nut
umlaufenden Umfangsnut,
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16 eine
Entlastung mit einer an der Stirnseite der Nut umlaufenden Umfangsnut,
angeordnet in einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung, zur Vermeidung
von zu hohen Deformationen im Funktionsbereich der Nabe,
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17 eine
Ausgestaltung einer Welle-Nabenverbindung mit einer zusätzlichen
Axialsicherung und einer, in der Stirnseite der Nabe angeordneten weiteren
Möglichkeit
einer Ausnehmung als Entlastung, und
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18 eine
beispielhafte Darstellung eines Zahnkraftverlaufes entlang einer
vorgeschlagenen Welle-Nabenverbindung mit einer maximalen Zahnkraft
in einem Bereich der Welle-Nabenverbindung, der gegenüberliegend
zu einem Bereich der geometrischen Interferenz der Verzahnung und
damit einem Bereich höchster
Pressung angeordnet ist.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
drehspielfreien Welle-Nabenverbindung 1 im Längsschnitt.
Hierbei ist eine Nabe 2 mit einer Welle 3 verbunden.
Zwischen diesen beiden ist eine geometrische Interferenz 4 gebildet,
die vollflächig schwarz
dargestellt ist. Die geometrische Interferenz wird beispielhaft
durch einen Zahnkopfdurchmesser der Nabenverzahnung gebildet, der
kleiner ist als ein Zahnfußdurchmesser
der Welle 3. Die geometrische Interferenz 4 ist
hierbei als ein Bereich von Zylindersegmenten mit einem konischen Übergang
ausgestaltet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß zu Beginn
des Ineinanderschiebens im wesentlichen unabhängig von den fertigungsbedingten
Toleranzen der Verzahnungen ein nur äußerst geringer Verbauungswiderstand
besteht und damit nur ein geringer Kraftaufwand erforderlich ist.
Erst bei einem Erreichen des Endbereiches wird es notwendig, die
Naben- und Wellenverzahnung miteinander zu verpressen und dadurch
eine Drehspielfreiheit der Verzahnungen zu erzeugen. Daher ist die
geometrische Interferenz auch in einem Endbereich der Ineinanderbewegung und
bei dieser Ausgestaltung benachbart zu einer Stirnseite der Nabe 2 angeordnet.
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Im
Folgenden werden gleiche oder gleichartige Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen, ohne daß dieses
jedoch als eine Beschränkung
aufzufassen ist.
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2 zeigt
eine zweite Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung 1 im
Längsschnitt.
Die Nabe 2 und die Welle 3 weisen wiederum eine
geometrische Interferenz im Bereich der Stirnseite der Nabe 2 auf.
Die Welle 3 weist eine Verzahnung auf, die stufig gestaltet
ist. Die Verzahnung der Nabe 2 weist ebenfalls eine zur
Stufe der Welle korrespondierende Stufengestalt auf. Darüber hinaus zieht
sich die Verzahnung der Welle 3 in die Nabenverzahnung
hinein. Darüber
hinaus befindet sich vorzugsweise auf der Wellenverzahnung eine
umlaufende Nut im Bereich hinter der Nabe. Dieses vereinfacht das Anbringen
einer zusätzlichen
Axialsicherung durch beispielsweise einen Sicherungsring auf der
Welle. Mit dieser Axialsicherung wird vermieden, daß die Welle 3 bzw.
die Nabe 2 sich relativ zueinander in Längsrichtung bewegen können.
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3 zeigt
in einer dritten Ausgestaltung eine Welle-Nabenverbindung 1 im
Längsschnitt. Hierbei
weist die Nabe 2 in ihrer Stirnseite eine Ausnehmung 5 als
Entlastung auf. Die Ausnehmung 5 dient einer Reduzierung
der Deformation der Funktionsbereiche der Nabe. Zusätzlich ist
eine Nut 6 in der Welle 3 angeordnet. Die Nut 6,
die auch eine Einschnürung
sein kann, verläuft
vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs, kann jedoch auch unterbrochen
sein. Sie dient insbesondere dazu, einen Sicherungsring zur zusätzlichen
Axialsicherung von Welle und Nabe aufzunehmen. Darüber hinaus
bewirkt die Nut, daß ein
Bereich einer Krafteinleitung, insbesondere eines Drehmomentes in
die Welle-Nabenverbindung,
und ein Bereich der Pressung, hervorgerufen durch die geometrische
Interferenz 4, voneinander getrennt werden. Dadurch ergibt
sich eine Reduzierung einer Kontaktspannung aus Drehmoment im Pressungsbereich.
Die Nut 6 bewirkt eine reduzierte Torsionsfedersteifigkeit
im Bereich des reduzierten Wellendurchmessers, die bei einer gleichen
Verdrillung der Welle unter dem Drehmoment verringerte Umfangskräfte im Pressungsbereich
bewirkt. Auf diese Weise gelingt es, auch bei extrem hoher Wechselbeanspruchung
im Betrieb der Welle-Nabenverbindung 1 die Drehspielfreiheit
der Verbindung über
die gesamte Lebensdauer der Welle sicherstellen zu können.
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4 zeigt
eine vierte Ausgestaltung der Welle-Nabenverbindung 1 im
Längsschnitt.
Hierbei ist ein Zahnkopfdurchmesser im Endbereich der Nabe 2 kleiner
als ein Zahnfußdurchmesser
der Welle. Die Nabenverzahnung ist wiederum zweistufig angelegt,
wobei die Stufe auf der rechten Seite über die Wellenverzahnung hinausragt
und die Wellenverzahnung ungestuft ist. Die geometrische Interferenz 4 liegt
in dieser Ausführung
rechts von der Sicherungsringnut 8. Eine Kontaktfläche für den Sicherungsrings zur
Sicherung in eine axiale Richtung liegt am linken Verzahnungsende
der Nabe. Ein Anschlag auf der Welle positioniert die Nabe gegenüber der
Welle in die zweite axiale Richtung. Gemäß einer Weiterbildung überdeckt
die geometrische Interferenz 4 die Nabe 2 soweit,
dass eine Axialsicherung, insbesondere eine zusätzliche Axialsicherung, annähernd vollständig von
der Nabe 2 ebenfalls mitüberdeckt ist. Zur Axialsicherung
weist die Welle 3 vorzugsweise eine umlaufende Nut auf,
in der ein Sicherungsring 7 angeordnet ist. Im nicht mehr
von der Nabe 2 überlappten
Bereich der Verzahnung der Welle 3 unterscheidet sich die
Geometrie gegenüber
derjenigen, die von der Nabe 2 überlappt ist. Die Nut 8,
in der der Sicherungsring 7 angeordnet ist, dient als Trennung für die Verschiedenartigkeit
der Verzahnung. Im nicht überdeckten
Bereich weist die Wellenverzahnung einen Zahnfuß durchmesser auf, der kleiner
ist als der Zahnkopfdurchmesser der Nabe 2 im Interferenzbereich.
Vorzugsweise wird die Wellenverzahnung mit einem kombinierten Walzbalken
oder einem kombiniertem Ziehwerkzeug hergestellt. Beispielsweise lässt sich
nicht nur eine Stufigkeit der Wellenverzahnung in einem von der
Nabe 2 überdeckten
Bereich, sondern zusätzlich
auch die vorliegende Verzahnung gleichzeitig mit herstellen.
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5 zeigt
eine fünfte
Ausgestaltung der Welle-Nabenverbindung im Längsschnitt. Im Bereich der
geometrischen Interferenz 4 ist ein Zahnkopfdurchmesser
im Endbereich der Nabenverzahnung kleiner als ein Zahnfußdurchmesser
der Welle. Auf diese Weise wird zum einen eine Pressung und zum anderen
eine Axialsicherung hergestellt. In unmittelbarer Nähe zur geometrischen
Interferenz 4 ist wiederum eine Nut 8 angeordnet.
Diese bildet einen torsionsweichen Bereich, wodurch ein Drehmoment, das
am gegenüberliegenden
Ende von der geometrischen Interferenz 4 beabstandet von
der Welle in die Nabe übertragen
wird, nur reduzierte Zahnkräfte
in den Bereich der geometrischen Interferenz 4 erzeugt.
Die Ausnehmung 5 in der Stirnseite der Nabe kann zusätzlich angeordnet
sein, um Deformationen in den Funktionsbereichen der Nabe oberhalb
der geometrischen Interterenz 4 zu begrenzen.
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6 zeigt
eine sechste Ausgestaltung einer drehspielfreien Welle-Nabenverbindung 1 im Längsschnitt.
Die geometrische Interferenz 4 wird hierbei durch einen
kleineren Zahnkopfdurchmesser im Endbereich der Nabe 2 gegenüber einem
Zahnfußdurchmesser
der Welle gebildet. Hierbei ist zu beachten, daß die Welle 3 wie
auch die Nabe 2 in diesem Bereich der Verzahnung der geometrischen
Interferenz dadurch eine unterschiedliche Gestaltung zusätzlich aufweisen,
daß der
Zahnkopfdurchmesser sich stetig verkleinert, wohingegen der Zahnfußdurchmesser
in diesem Bereich im wesentlichen konstant bleibt.
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7 zeigt
eine erste Ausgestaltung einer geometrischen Interferenz 4 im
Querschnitt. Die geometrische Interferenz wird in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
in einem unteren Zahnflankenbereich der Welle durch eine asymmetrische
Zahnfußausrundung
erzielt. Diese führt
zu einer Verpressung der zur Anlage kommenden Flächen von Welle und Nabe. Die
Nabe 2 ist zur Herstellung der geometrischen Interferenz
mit einer Stufung versehen, die durch die im Zahnkopfdurchmesser
hindurch verlaufende Linie angedeutet ist.
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8 zeigt
eine zweite Ausgestaltung einer geometrischen Interferenz 4 im
Querschnitt. Hierbei wird die geometrische Interferenz 4 im
Zahnfußbereich
der Welle 3 gebildet. Ein Teil des Zahnkopfes der Nabe 2 überlappt
den Zahnfußbereich
der Welle 3 beim Ineinan derschieben, wodurch sich eine
hohe Kontaktkraft zwischen den zu fügenden Verzahnungen ergibt.
Dieses führt
zu einer Deformierung der miteinander zu verbindenden Nabe 2 und
Welle 3.
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9 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Welle-Nabenverbindung 1 im
Längsschnitt.
Die geometrische Interferenz ist hierbei durch eine Zweistufigkeit
der Verzahnung der Nabe hervorgerufen, die mit der Verzahnung der
Welle 3 interferiert.
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10 zeigt
gegenüber
der Welle-Nabenverbindung aus 9 einen
Unterschied dahingehend, daß die
geometrische Interferenz in diesem Falle durch eine doppelte Stufe
innerhalb der Wellenverzahnung hervorgerufen wird. Es besteht im Übrigen auch
die Möglichkeit,
daß Welle
wie auch Nabe jeweils doppelstufig vorhanden sind und auf diese Weise
eine zweifache geometrische Interferenz bilden können.
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11 zeigt
die Welle-Nabenverbindung 1 mit einer geometrischen Interferenz 4 in
einem Bereich der Verzahnungen von Welle 3 und Nabe 2,
die jeweils in Form von Rampen geformt sind. Bei der dargestellten
Ausgestaltung ist ein Nabenrampenwinkel sehr viel kleiner als ein
Wellenrampenwinkel. Auf diese Weise wird über einen größeren Bereich wiederum
eine geometrische Überlappung
und somit eine Verpressung durch Deformation erzielt.
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12 zeigt
eine Ausgestaltung der Welle-Nabenverbindung 1, bei der
die Verzahnung von Welle 3 und Nabe 2 gestuft
und zueinander angepasst verlaufen. Nun jedoch ist eine vorstehende Nase
in Form eines Hinterschnittes vorgesehen, die in der Verzahnung
der Nabe angeordnet ist. Dieses ergibt aufgrund der geometrischen Überlappung
mit der Verzahnung in dem Bereich der Welle die notwendige Pressung
zur Erzielung der Drehspielfreiheit. Die Form der Nase als Verkleinerung
des Kopfdurchmessers der Nabenverzahnung kann unterschiedliche Gestalten
aufweisen. Beispielsweise kann die Nase vollständig gerundet ausgeführt sein. Sie
kann jedoch auch rampenartig sein sowie auch konstante Verläufe aufweisen.
Vorzugsweise ist die Nase in einem Bereich angeordnet, der in unmittelbarer
Nähe zu
einem Rampenbereich der Verzahnung liegt.
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13 zeigt
die Ausgestaltung der Welle-Nabenverbindung 1 mit der geometrischen
Interferenz 4, die durch die Ausbildung eines sehr viel
größeren Naben-Rampenwinkels
gegenüber
einem Wellen-Rampenwinkel erzeugt worden ist. Dieses stellt die
umgekehrte Ausführung
gemäß 11 dar.
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14 zeigt
eine Welle-Nabenverbindung 1, bei der die Nabe im Bereich
der geometrischen Interferenz der Verzahnungen zylindrisch verlängert ist. Diese
Verlängerung
erlaubt eine höhere
radiale Deformation im Bereich der Interferenz als im Funktionsbereich
der Nabe. Zusätzlich
zur geometrischen Interferenz 4 zur Sicherstellung der
Drehspielfreiheit von Nabe 2 und Welle 3 kann
eine zusätzliche
Axialsicherung zum Beispiel durch einen Sicherungsring vorgesehen
werden. Vorzugsweise wird der Sicherungsring so wie dargestellt
in der Verzahnung angeordnet, insbesondere vollständig mittels
der Nabe 2 überlappt.
Beispielsweise ist in der Nabe 2 zusätzlich ein Vorsprung vorgesehen,
an den der Sicherungsring anstößt. Eine
Nut für
den Sicherungsring, die insbesondere in der Welle 3 angeordnet
ist, ist beispielsweise so bemaßt,
dass sich eine Spielpassung mit dem Sicherungsring einstellt. Eine
Tiefe der Nut ist vorzugsweise größer als ein Durchmesser des
Sicherungsring. Insbesondere wird eine Tiefe der Nut derart eingestellt,
dass diese größer als
ein Durchmesser des Sicherungsringes addiert mit einem Abstand, vorzugsweise
Maximalabstand, von gegenüberliegenden
Zahnfüßen von
Nabe 2 und Welle 3 ist.
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15 zeigt
die Welle-Nabenverbindung 1, bei der der geometrischen
Interferenz 4 direkt übergeordnet
eine Umfangsnut 10 in der Nabe 2 zugeordnet ist.
Die Umfangsnut 10 weist vorzugsweise eine axiale Erstreckung
auf, die sich zumindest über
die gesamte geometrische Interferenz 4 erstreckt. Vorzugsweise
reicht die Umfangsnut 10 sogar darüber hinaus. Gemäß einer
anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umfangsnut sich nur über einen Teil
der geometrischen Interferenz 4 axial erstreckt. Eine andere
Ausgestaltung wiederum sieht vor, daß die Umfangsnut 10 nicht über den
gesamten Umfang, sondern nur über
Teilumfänge
verläuft.
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16 zeigt
eine Welle-Nabenverbindung 1, bei der in der Nabe 2 eine
Ausnehmung am Ende des dünnwandigen,
insbesondere ringförmigen
Bereichs vorgenommen worden ist. Diese Ausnehmung 9 dient
der Erhöhung
der radialen Elastizität
im Bereich der Interferenz der Verzahnungen und damit einer Vermeidung
von unzulässig
hohen Deformationen in den Funktionsbereichen der Nabe. Die Ausnehmung 8 ist
insbesondere in unmittelbarer Nähe
der geometrischen Interferenz 4 angeordnet. Die Ausnehmung 9 kann
dabei so wie dargestellt, annähernd
kreisförmig
verlaufen. Sie kann jedoch auch andere Ausgestaltungen aufweisen,
zum Beispiel gerundet, eckig oder geradlinig verlaufen. Die Ausnehmung
kann über
den gesamten Umfang sowie auch nur teilweise über den Umfang vorhanden sein.
Insbesondere besteht die Möglichkeit,
daß eine
Ausnehmung ebenfalls auch zusätzlich
in der Welle 3 in der unmittelbaren Nähe zur geometrischen Interferenz 4 vorliegt bzw.
anstatt der Ausnehmung 9 in der Nabe 2 vorgesehen
ist.
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17 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Umfangsnut 10. Diese ist
in die Nabe 2 hineingezogen, die über einen Absatz verbunden,
zwei versetzt zueinander angeordnete Stirnseitenbereiche aufweist.
Diese Ausgestaltung der Umfangsnut 10 erlaubt es, daß eine radiale
Ausdehnung der geometrischen Interferenz ohne Einfluss auf Funktionsbereiche
wie insbesondere bei einer Kugelnabe oder einem Zahnrad verbleiben.
Zusätzlich
zu der Axialsicherung durch die geometrische Interferenz 4 ist
ein Sicherungsring 11 auf der Welle 3 angeordnet.
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18 zeigt
in beispielhafter Darstellung eine Welle-Nabenverbindung 1,
bei der zusätzlich
zu der geometrischen Interferenz 4 eine Ausnehmung in der
Welle als umlaufende Nut angebracht ist. Aufgrund der Torsions der
Welle unter Drehmoment und die über
die axiale Erstreckung kontinuierlich abnehmende Krafteinleitung
in die Nabe ergibt sich ein Verlauf der Umfangskraft in der Verzahnung,
der seinen Maximalbereich zwischen 90 % und 100 % der Länge des
Zahneingriffs der Welle-Nabenverbindung 1 aufweist, während die
geometrische Interferenz in einen Bereich zwischen 0 und 20 % der
Länge der
Welle-Nabenverbindung 1 angeordnet
ist. Bei Belastung der Welle-Nabenverbindung 1 ergibt dies
so wie dargestellt eine Verringerung der Umfangskraft in der Verzahnung.
Auf diese Weise gelingt es, daß die
Umfangskraft im Bereich der geometrischen Interferenz vorzugsweise
nur 10 bis 20% des Maximalwertes beträgt. Durch Anordnung der geometrischen
Interferenz in unmittelbarer Nähe
zu einer gegenüberliegenden
Stirnseite der Nabe in Bezug auf die Einleitung eines Drehmomentes
ergeben sich dort nur geringe Umfangskräfte im Betrieb, so daß Spielfreiheit der
Verzahnung über
die gesamte Betriebsdauer sichergestellt ist. Ausgehend vom Ort
der Drehmomenteinleitung ist der Verlauf der Zahnkräfte, über die
Länge der
Welle-Nabenverbindung aufgrund der Verdrillung der Welle unter Drehmoment
stark abnehmend. Die Einbringung einer umlaufenden Nut in die Welle
ermöglicht
es darüber
hinaus, den Zahnkraftverlauf so zu beeinflussen, daß die verpreßten Bereiche
bei Lastzyklen geschont bleiben, während der größte, nicht
verpreßte
Teil der Verzahnung den wesentlichen Teil der Umfangskräfte aufnimmt.