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Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung zum drehfesten Kuppeln von drehenden oder festen Maschinenelementen mit Wellen mittels einer Exzenterspannhülse, sowie ein Herstellungsverfahren dazu.
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Die Herstellung drehfester Verbindungen zwischen drehenden oder festen Maschinenelementen, wie beispielsweise kontinuierlich drehenden oder auch alternierend hin- und herdrehenden Wellen und darauf fest sitzenden Maschinenelementen, wie Hebeln, Riemenscheiben, Nocken, Zahnrädern und dergleichen, sind in der Vergangenheit verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden. Beispielsweise offenbart die
DE 43 27 461 A1 eine Vorrichtung zum drehfesten Verbinden einer Welle mit einem außen sechsflächig begrenzten Maschinenteil mittels einer Exzenterspannvorrichtung. Zu dieser gehört eine geschlitzte Hülse mit einem äußeren Keilprofil, wobei die Hülse gegen das äußere Maschinenelement verdrehbar ist und sich somit zwischen der Welle und dem äußeren Maschinenelement festklemmt.
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Der in der Hülse angebrachte Längsschlitz gestattet eine federnde Verformung der Hülse in Radialrichtung. Jedoch ist die Rundlaufgenauigkeit beschränkt.
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Eine Exzenterspannanordnung ist aus der
DE 196 51 604 C1 bekannt. Diese nutzt insgesamt vier bogenförmig ausgebildete Keile, die zwischen einem äußeren ringförmigen Maschinenelement und einer Welle angeordnet sind. Diese Spannanordnung erfordert eine relativ große Teilezahl und somit eine erhebliche radiale Bauhöhe.
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Eine andere Art der Welle-Nabe-Verbindung ist aus der
DE 42 31 320 C2 bekannt. Diese beruht auf einer komplementären Keilprofilierung von Welle und Nabe. Eine solche Verbindung ist empfindlich in Bezug auf die Richtung des zu übertragenden Drehmoments.
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Des Weiteren ist mit der
DE 102 13 214 B4 eine Welle-Nabe-Verbindung vorgeschlagen worden, die auf der elastischen Verformung einer Nabe einer Riemenscheibe beruht. Die Nabe weist eine zentrische Bohrung zur Aufnahme einer Welle auf. An ihrer Außenseite ist die Nabe mit einem Exzenterprofil versehen, dem eine Spannmutter zugeordnet ist. Die Spannmutter weist an Stelle eines Gewindes ein komplementäres Exzenterprofil auf, um, wenn sie auf die Nabe aufgesetzt und gegen diese verdreht wird, die Nabe radial nach innen zu komprimieren.
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Diese Anordnung erfüllt ihren Zweck. Jedoch erfordert sie eine präzise Bearbeitung der zueinander komplementären Exzenterflächen der Spannmutter und der Nabe.
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Es ist des Weiteren aus der gleichen Druckschrift bekannt, die Verbindung zwischen Welle und Nabe herzustellen, indem die Welle als Hohlwelle ausgebildet wird, die mittels eines eingepressten Exzenterspannelements radial aufzuweiten ist, um eine Riemenscheibe zu spannen. Dies setzt aber den Einsatz von Hohlwellen mit relativ dünner Wandung voraus.
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Aus der
DE 43 27 461 A1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung bekannt, die auf der elastischen Verformung eines in eine Nabe eingesetzten Spannrings beruht. Die Nabe weist eine zentrische Öffnung zur Aufnahme einer Welle und des Spannrings auf. An seiner Außenseite ist der Spannring mit einem Exzenterprofil versehen, dem ein Innenprofil der Nabe zugeordnet ist. er Spannring kann geschlitzt oder ungeschlitzt ausgebildet sein. Er weist zumindest Schwächungszonen auf, die bei Verdrehung eine radiale Verformung und somit Durchmesserreduktion der zentralen Bohrung zulassen.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfach herstellbare, gut einsetzbare Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit der Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 6 sowie dem Verfahren nach Anspruch 9 gelöst:
Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung dient zum drehfesten Kuppeln von drehenden Maschinenelementen mit Wellen, wobei die drehenden Maschinenelemente beispielsweise Zahnräder, Riemenscheiben, axiale Sicherungsringe, Teile von Lageranordnungen, Teile von Dichtungsanordnungen, Hebel und dergleichen sein können. Die Drehbewegung des betreffenden Maschinenelements kann eine kontinuierliche Drehbewegung mit konstanter oder wechselnder Drehzahl, mit konstanter Drehrichtung oder auch eine hin- und herdrehende Bewegung mit wechselnder Drehrichtung sein. Die Welle kann eine Vollwelle, eine Hohlwelle oder dergleichen sein. Sie weist an ihrer Außenseite eine Sitzfläche auf, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist.
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Das Maschinenelement weist einen Aufnahmeraum auf, in den ein ungeschlitztes Spannelement eingesetzt ist. Mit anderen Worten, das Spannelement weist in Längsrichtung keine radial durchgehenden Schlitze auf und ist somit in Umfangsrichtung durchgehend geschlossen. Es ist jedoch in Radialrichtung elastisch komprimierbar, was beispielsweise durch Wahl einer entsprechend geringen Wandstärke des Spannelements erreichbar ist. Die Elastizität des Spannelements kann noch erhöht werden, indem es innen und/oder außen mit Längsnuten oder Schrägnuten versehen wird. Diese durchdringen das Spannelement jedoch nicht, d. h. es handelt sich nicht um Schlitze. Das Spannelement weist eine zentrale Bohrung zur Aufnahme der Welle auf, wobei die Bohrung einen solchen Durchmesser aufweist, dass sich das Spannelement mit geringem Spiel auf die Welle aufschieben lässt. Die Elastizität des Spannelements ist so groß, dass das vorhandene Spiel im Rahmen der elastischen Verformung des Spannelements überwunden werden kann, um das Spannelement auf der Welle reibschlüssig festzusetzen. Die elastische Verformung des Spannelements wird durch Relativverdrehung des Spannelements gegen das Maschinenelement erreicht.
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Das Spannelement kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Z. B. kann es durch zwei Exzenterspanner gebildet sein, die durch eine Folie zusammengehalten werden. Die Folie kann eine dünne Metallfolie, z. B. Stahlfolie in Rohrform sein. Sie deckt die Fugen ab, bei denen die Exzenterspanner aneinander stoßen. Somit ist das Spannelement insgesamt ungeschlitzt. Die Folie gibt dem Spannelement eine erhöhte Flexibilität. An den Stirnseiten kann die Folie radial nach innen umgebogen sein, um die Exzenterspanner zusammenzuhalten und mit diesem eine handhabbare Einheit zu bilden. Anstelle einer Metallfolie kann auch eine Kunststofffolie zur Anwendung kommen. Vorzugsweise ist deren Temperaturbeständigkeit höher als die Verarbeitungstemperatur des Materials, aus dem das Maschinenelement besteht, in das das Spannelement z. B. durch Umspritzen eingebaut wird. Anstelle einer rohrförmigen Folie kann auch ein ein- oder mehrlagiger Folienwickel zur Anwendung kommen. Außerdem kann die Folie einseitig mit einem Kleb- oder Haftstoff beschichtet sein, um die Folie an den Exzenterspannern zu fixieren.
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Das Spannelement kann prinzipiell auf verschiedene Weisen in das Maschinenelement eingebracht worden sein. In einer ersten Ausführungsform wird es beispielsweise in das Maschinenelement eingepresst, so dass es dort im Presssitz gehalten ist. Das entsprechende Exzenterprofil kann in dem Maschinenelement vorgearbeitet sein. Es ist auch möglich, das Spannelement so auszubilden, dass es das Exzenterprofil in einem Schneidvorgang selbst herstellt. Durch den Presssitz ist es radial vorkomprimiert. Die gewünschte Rundlaufgenauigkeit des Maschinenelements wird nun hergestellt, indem die Bohrung des Spannelements vorzugsweise spanend bearbeitet wird. Beispielsweise wird es ausgedreht, ausgebohrt, ausgeschliffen usw. Außerdem können eine oder beide Stirnflächen des Spannelements oder des Maschinenelements, sofern sie das Maschinenelement überragen, plan bearbeitet werden. Wiederum kommen Drehen, Fräsen, Schleifen oder ähnliche Bearbeitungsvorgänge in Frage.
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Bevorzugterweise wird das Spannelement in das Maschinenelement schon bei der Herstellung desselben eingebaut. Beispielsweise besteht das Maschinenelement aus einem spritzgussfähigen oder spritzpressfähigen Material, wie beispielsweise Zinkdruckguss, Aluminium, einem Thermoplast, Duroplast, Duromer oder einem sonstigen Kunststoff mit oder ohne Faserverstärkung. Bei der Herstellung des Maschinenelements kann das Spannelement in die entsprechende Form eingesetzt und von dem Material des Maschinenelements umspritzt werden. Das Spannelement hat in diesem Zustand vorzugsweise noch eine Wandstärke, die dicker als gewünscht und für den späteren Einsatz benötigt ist. Bei diesem Urformvorgang umschließt das Material des Maschinenelements das Spannelement und passt sich somit an dessen Außenform an. Das Maschinenelement bildet somit einen Aufnahmeraum für das Spannelement aus, der automatisch eine zu der Auenkontur des Spannelements passende Innenkontur aufweist. Die Außenform des Spannelemente weist zumindest einen, vorzugsweise aber zwei, oder mehrere Exzenterflächen auf, die als in Umfangsrichtung gekrümmte Keilflächen angesehen werden können und die gleiche Neigungsrichtung haben.
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Nach dem Ausformen des Maschinenelements wird vorzugsweise das Spannelement zentrisch bearbeitet. Dies kann durch Drehen, Bohren, Schleifen oder eine andere spanende Bearbeitung erfolgen. Beispielsweise wird das Maschinenelement von dem Spannsystem einer Bearbeitungsmaschine, z. B. auch dem Futter einer Drehbank aufgenommen, wonach die zentrale Bohrung auf Maß gedreht wird. So wird automatisch der gewünschte Maßbezug zwischen einer Bezugsfläche des Maschinenelements und der zentralen Aufnahmebohrung hergestellt. Außerdem wird die gewünschte Dünnwandigkeit des Spannelements und somit seine radiale Elastizität erreicht. Ist das Maschinenelement beispielsweise eine Riemenscheibe, kann diese an ihrem Außenumfang oder auch an einer sonstigen Bezugsfläche aufgenommen werden, um die gewünschte Zentrierung der Bohrung des Spannelements zu erreichen.
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An dem Spannelement und an geeigneter Stelle des Maschinenelements sind vorzugsweise ein oder mehrere Formschlussprofile vorgesehen, um Werkzeuge zur Aufbringung eines Relativspannmoments ansetzen zu können. Beispielsweise sind diese Profile ein Nabenaußenprofil und ein Spannelement-Innenprofil (z. B. ein Zwölfkant-Inbusprofil oder auch ein stirnseitiges Klauenkupplungsprofil).
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Zum Herstellen der Welle-Nabe-Verbindung zwischen dem Maschinenelement und einer Welle wird das Maschinenelement inklusive Spannelement ohne zusätzliche Teile auf die Welle aufgesteckt. Dies erfolgt bei entsprechender Festlegung des Innenmaßes des Spannelements und des Außenmaßes der Welle mit geringem Spiel und kann somit leicht von Hand geschehen. Es werden nun an das Maschinenelement und das Spannelement entsprechende Handlingsysteme oder Hebelwerkzeuge, beispielsweise in Form von Ringschlüsseln oder Schraubeneinsätze, angesetzt und es wird eine Relativverdrehung vorgenommen. Zwischen dem Spannelement und dem Material des Maschinenelements gibt es in der Regel eine stoffschlüssige Verbindung, die bei entsprechender Glattheit der Außenfläche des Spannelements mit entsprechendem Drehmoment überwunden werden kann. Das Spannelement wird dabei losgebrochen. Ist dies geschehen, bewirkt eine Verdrehung des Spannelements die Erzeugung einer Radialkraft, wodurch das Maschinenelement mit dem Spannelement reibschlüssig auf der Welle festgesetzt wird.
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Es hat sich gezeigt, dass die so hergestellten Welle-Nabe-Verbindungen dauerfestbelastbar sind. Sie weisen eine hohe Rundlaufgenauigkeit bei geringsten Herstellkosten und minimalen Gewicht bzw. minimalen Massenträgheitsmoment auf. Die Art der Verbindung ist vielseitig einsetzbar.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung oder Unteransprüchen. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen und offenbart weitere Einzelheiten. Es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung in Vertikalschnittdarstellung,
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2 eine Nabe eines Maschinenelements zur Befestigung auf einer Welle in vertikal geschnittener Darstellung vor dem Ausdrehvorgang,
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3 die Nabe nach 2 in Stirnansicht,
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4 das Spannelement der Nabe nach 3 in Stirnansicht,
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5 das Spannelement nach 4 in Seitenansicht,
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6 das Spannelement nach 5 in längs geschnittener Darstellung vor dem Ausdrehvorgang,
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7 eine Welle mit einem Axialanlagering mit erfindungsgemäßer Keilspanneinrichtung in teilweise längs geschnittener Darstellung,
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8 die Welle und den Axialanlagering nach 7, geschnitten entlang der Linie VIII-VIII,
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7a eine Welle mit einem Axialanlagering entsprechend der Ausführungsform nach 7, jedoch mit Stellmutter,
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9 eine Nabe eines Maschinenelementes zur Befestigung auf einer Welle in vertikal geschnittener Darstellung nach dem Ausdrehvorgang in einer abgewandelten Ausführungsform,
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10 die Nabe des Maschinenelements nach 9 fixiert auf einer Welle in vertikaler Längsschnittdarstellung,
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11 eine aus einer Metallfolie bestehende Hülse in Stirnansicht,
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12 die Hülse nach 11 in längs geschnittener Darstellung und
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13 die Hülse nach 11 und 12 in einer anderen Stirnansicht,
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14 zwei Exzenterspannelemente in Stirnansicht,
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15 ein Exzenterspannelement nach 14 in Seitenansicht,
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16 die Exzenterspannelemente nach 14 in einer anderen Stirnansicht,
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17 ein mehrteiliges Spannelement bestehend aus der Hülse nach den 11 bis 13 und den Exzenterspannern nach 14 bis 16 in einbaufertigem Zustand,
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18 das Spannelement nach 17 in längs geschnittener Darstellung und
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19 das Spannelement nach 17 in einer anderen Stirnansicht.
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In 1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung 1 zwischen einem Maschinenelement 2 in Form einer Riemenscheibe 3 und einer Welle 4 bzw. einem Wellenstumpf veranschaulicht. Die Welle 4 dient zum Antrieb eines nicht weiter veranschaulichten Aggregats 5 eines Kraftfahrzeugs. Die Welle-Nabe-Verbindung kann aber auch an anderer Stelle zur Verbindung sonstiger Maschinenelemente und Wellen angewandt werden.
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Der Wellenstumpf 4 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Er weist eine vorzugsweise im Wesentlichen ebene Stirnfläche 6 auf, die innerhalb der Bohrung 7 eines Spannelements 8 sitzt, das in einer Nabe 9 der Riemenscheibe 3 untergebracht ist. Das Spannelement 8 und somit die Bohrung 7 sind konzentrisch zu einer Drehachse 10 orientiert, die mit der Drehachse der Welle 4 übereinstimmt.
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Die Riemenscheibe 3 ist in ihrer Form nicht eingeschränkt. Sie kann, wie in der oberen Bildhälfte dargestellt, für schmale Riemen oder, wie in der unteren Bildhälfte von 1 dargestellt, für breite flache Riemen eingerichtet sein. Mit der Nabe 9 ist der äußere Teil der Riemenscheibe 3 über einen schmalen scheibenförmigen Steg 11 verbunden. Die Nabe 9 kann, wie dargestellt, außen konisch oder alternativ auch zylindrisch oder anderweitig geformt z. B. als Zahnriemenscheibe, Zahnrad, Flachriemenscheibe, Reibrad, Nocken oder dergl. ausgebildet sein. Außerdem kann der äußere Rand der Riemenscheibe 3 im Wesentlichen zylindrische Ringflächen 12, 13 aufweisen, die zu beiden Seiten des scheibenförmigen Abschnitts 11 vorgesehen sind.
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Die Riemenscheibe 3 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff, wie beispielsweise einem duroplastischen Material, einem thermoplastischen Werkstoff oder auch einem nicht zu festen Metall, wie beispielsweise Zinkdruckguss, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium, einer Magnesiumlegierung oder ähnlichem. Vorzugsweise ist die Riemenscheibe 3 in einem Spritzgussverfahren oder auch in einem Spritzpressverfahren hergestellt. Letzteres insbesondere wenn faserverstärkte Kunststoffe mit hohem Faseranteil zur Anwendung kommen.
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Das Spannelement 8 ist, wie 2 und auch die 4 bis 6 zeigen, im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet. Es weist eine relativ dünne Wandung 14 auf, die die Bohrung 7 zentrisch umgibt. Z. B. besteht die Wandung 14 aus einem Metall, beispielsweise Stahl. Die Hülse 8 ist in Radialrichtung geringfügig flexibel. Dabei ist ihre Wandung 14 entlang ihres gesamten Umfangs geschlossen, d. h. es sind keine Schlitze vorgesehen. Die Elastizität ergibt sich durch Sollbiegestellen oder Sollbruchstellen oder durch die Dünnwandigkeit des Spannelements.
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Das Spannelement 8 weist an seiner Außenseite zumindest eine vorzugsweise zwei im Wesentlichen zylindrische Mantelflächenabschnitte 15, 16 auf, zwischen denen ein Spannabschnitt 17 angeordnet ist. Der Spannabschnitt 17 weist ein von der Kreisform abweichendes Profil auf. Ein solches ist beispielhaft in 4 veranschaulicht. Es besteht im vorliegenden Fall aus zwei zylindrisch gekrümmten Exzenterflächen 18, 19, deren Radien R sich auf Mittelpunkte M1, M2 beziehen, die jeweils einen Abstand zu der Drehachse 10 haben.
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Im Anschluss an den zylindrischen Abschnitt der Bohrung 7 ist innerhalb derselben ein Formschlussprofil, beispielsweise in Form eines sechs- oder mehrflächig begrenzten Inbusabschnitts 20 vorgesehen. Das Formschlussprofil kann auch ein stirnseitiges Klauenprofil sein. Dieser dient zum Ansatz eines Inbusschlüssels, um das Spannelement 8 gegen das Maschinenelement 2 zu verdrehen.
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Entsprechend ist an der Nabe 9 ein Formschlussprofil 21, beispielsweise in Form eines Zahnprofils oder eines Kerbenprofils vorgesehen, das ebenfalls zum Ansatz eines drehmomenterzeugenden Werkzeugs, wie beispielsweise eines Spannsystems oder dergleichen taugt. Der Inbusabschnitt 20 und das Formschlussprofil 21 sind aus 3 gesondert ersichtlich. Diese Figur veranschaulicht die Nabe 9 und einen Teil des sie umgebenden scheibenförmigen Abschnitts 11.
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Die Herstellung des Maschinenelements 2 erfolgt, am Beispiel der Riemenscheibe 3 erläutert, wie folgt:
Zur Herstellung der Riemenscheibe 3 dient eine Spritzgussform, die zentrisch eine Aufnahme für das Spannelement 8 aufweist. Dieses ist bereits mit seinem Inbusprofil oder anderem Profil versehen. Es kann außerdem die bereits fertig bearbeitete Bohrung 7 aufweisen. Bevorzugterweise hat es aber eine größere Wanddicke, d. h. die Bohrung 7 hat ein Untermaß. Die Positionierung des Spannelements 8 in der Spritzgussform erfolgt so, dass die äußeren zylindrischen Flächenabschnitte 15, 16 weitgehend koaxial zu der später gewünschten Drehachse angeordnet sind. Die Genauigkeitsanforderungen sind dabei aber nicht allzu hoch. Danach werden die Nabe 9, der Abschnitt 11 und der äußere Teil der Riemenscheibe 3 im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei das dabei flüssige oder plastische Material das Spannelement 8 einschließt. Somit wird insbesondere der über die Flächenabschnitte 15, 16 radial nach außen vorstehende Spannabschnitt 17 beidseits von dem Material der Nabe 9 übergriffen. Das Material der Nabe 9 legt sich lückenlos an der vorzugsweise sehr glatt ausgebildeten Oberfläche der Spannhülse 8 an. An der Spannhülse 8 kann bedarfsweise ein Trennmittel in flüssiger oder pulveriger Form angebracht sein, um eine allzu innige Verbindung zwischen dem Material der Nabe 9 und der äußeren Oberfläche des Spannelements 8 zu verhindern.
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Nach dem Ausformen der Riemenscheibe 3 wird die Bohrung 7 zentrisch zu der Drehachse 10 ausgebildet, wobei die Wanddicke des Spannelements 8 reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch Ausbohren oder, wie es bevorzugt wird, durch Ausdrehen geschehen. Dazu wird die Riemenscheibe 3 an einer geeigneten Fläche, beispielsweise der Ringfläche 12 oder 13 oder auch an ihrem äußeren Rand 22 von einem Spannsystem aufgenommen. Sie wird dann zu der Drehachse 10 konzentrisch gedreht, wobei mit einem Ausdrehwerkzeug die Innenfläche der Bohrung 7 auf Maß bearbeitet wird. Dieses Maß, d. h. der so hergestellte Innendurchmesser ist so groß, dass sich die Riemenscheibe 3 mit der Bohrung 7 von Hand leicht auf die Welle 4 aufschieben lässt, ohne dabei einen zu großen widerstand oder ein zu großes Spiel zu entwickeln.
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Zur Herstellung der Welle-Nabe-Verbindung 1 wird das Spannelement 8 geringfügig gegen die Nabe 9 verdreht. Dazu wird ein Spannsystem oder Werkzeug in den Inbusabschnitt 20 und ein entsprechender Greifer auf das Formschlussprofil 21 aufgesetzt. Durch Verdrehung des Spannelements 8 gegen die Nabe 9 um einige (wenige) Grad wird zunächst eine eventuelle klebende Verbindung zwischen dem Spannelement 8 und der Riemenscheibe 8 aufgelöst, d. h. das Spannelement 8 wird losgebrochen. Es wird dann in 4 in Uhrzeigerrichtung, d. h. so gedreht, dass die Exzenterflächen 8, 9 von den im Spritzgießvorgang in der Nabe 9 ausgebildeten Gegenflächen 23, 24 radial nach innen gedrängt werden. Das Spannelement 8 verformt sich elastisch, wobei sich die innere Wandung der Bohrung 7 insbesondere in dem Bereich des Spannabschnitts 17 fest an die Welle 4 anpresst, und eine drehfeste Verbindung herstellt. Auf diese Weise ist eine präzise rund laufende, einfach herzustellende und im Bedarfsfall auch wieder lösbare Welle-Nabe-Verbindung geschaffen.
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Einen abgewandelten Anwendungsfall veranschaulicht 7. Die Welle-Nabe-Verbindung dient dort zur axialen Sicherung eines Axialanlagerings 26, der in der oberen Bildhälfte von 7 und in der unteren Bildhälfte von 7 in unterschiedlichen Varianten veranschaulicht ist. Er unterscheidet sich beispielsweise durch die axiale Länge. Der Axialanlagering 26 kann an seiner Stirnseite Zähne 27 aufweisen, die dem Ansatz eines Werkzeugs dienen. Der Axialanlagering 26 kann aus einem Kunststoff oder auch einem Stahl oder einem anderen Werkstoff bestehen. Wiederum ist in eine zentrale Öffnung des hier als Axialanlagering 26 ausgebildeten Maschinenelements 2 das Spannelement 8 gefügt oder eingepresst, das gegen den Axialanlagering 26 verdrehbar ist, um sich dabei elastisch radial nach innen zu verformen. Das Spannelement 8 kann an seiner Stirnseite Zähne aufweisen, um gegen den Axialanlagering 26 verdreht zu werden.
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Bei der Herstellung wird wiederum das Spannelement 8 in den Axialanlagering 26 gefügt oder eingepresst, wonach gegebenenfalls die zentrale Bohrung 7 und eine axiale Stirnfläche 25 des Spannelements 8 feinbearbeitet werden. Durch die abschließende spanende Bearbeitung der aus dem Maschinenelement 2 und dem Spannelement 8 bestehenden Einheit wird im Falle des Axialanlagerings 26 jeder Taumelschlag der Stirnfläche 25 vermieden.
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7a veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die auf der Ausführungsform nach 7 und 8 beruht. Es gelten die gleichen Bezugszeichen und die obige Beschreibung gilt entsprechend. Ergänzend gilt: Der Axialanlagering 26 ist an seinem Außenumfang mit einem Gewinde versehen, auf dem eine Mutter 26a sitzt. Diese ist an einer Stirnseite mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen, in die ein Werkzeug einsetzbar ist, um die Mutter in Bezug auf den Axialanlagering 26 zu drehen. Der Axialanlagering 26 kann radial etwas elastisch sein. Wenn das Spannelement 8 gegen den Axialanlagering 26 verspannt wird, kann dieser etwas expandieren, wodurch die Mutter 26a schwergängig und somit gegen eigenmächtige Verdrehung gesichert wird. Zur Unterstützung dieses Effekts kann der Axialanlagering 26 auch an zumindest einer Stelle geschlitzt sein. der Schlitz kann die gesamte axiale Länge des Axialanlagerings 26 oder einen Teil derselben einnehmen. Andere Sicherungsmethoden zur Verhinderung ungewollter Verdrehungen der Mutter 26a sind möglich. Die Mutter 26a hat eine Anlagefläche für einen Lagerring oder ein anderes axial einzustellendes Maschinenelement und dient zu der axialen Feinjustage.
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Es ist optional auch möglich, zur axialen Abstützung des Spannelements 8 an der Welle und zur axialen Abstützung des Axialanlagerings 26 Sicherungsringe 26b, 26d vorzusehen. Diese sitzen in entsprechenden Ringnuten der Welle bzw. des Spannelements 8. Wenn das Spannelement 8 wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, kann es auch in eine Ringnut der Welle eingesetzt werden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Spannelement 8 einteilig ausgebildet. Es kann jedoch gemäß 9 bis 19 bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch mehrteilig ausgebildet sein. 9 veranschaulicht ein solches Spannelement 28 eingesetzt in einer Nabe 9. Wie schon in der vorigen Beschreibung dargelegt, ist das Spannelement 28 wiederum beim Herstellen der Nabe, z. B. im Spritzgieß- oder Spritzpressverfahren in diese eingebaut worden, indem das vorgefertigte Spannelement 28 in der Spritzgießform von einem Dorn zentrisch aufgenommen wurde und der um das Spannelement 28 herum ausgebildete ringförmige Forminnenraum dann mit dem entsprechenden Werkstoff der Nabe 9 gefüllt worden ist.
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Das Spannelement 28 besteht aus zwei Exzenterspannern 29, 30, die jeweils halbzylinderförmige Innenflächen 31, 32 aufweisen. Diese Innenflächen sind insbesondere aus 16 ersichtlich. In 9 sind sie gestrichelt. An einer Stirnseite können die Exzenterspanner mit einem radial nach innen weisenden Bund versehen sein, an dem ein Sechskant oder ein anderes Drehmoment übertragendes Profil angeordnet ist.
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Die halbschalenförmigen Exzenterspanner 29, 30 werden im Gebrauch so angeordnet, dass die beiden Innenflächen 31, 32 auf einem gemeinsamen Zylinder oder Kreis liegen. Dies kann erreicht werden, indem nach dem Fügen der Exzenterspanner 29, 30 in die Folienhülse 36 ein Aufnahmebolzen in die z. B. gesinterten Kreisflächen 31, 36 gedrückt wird.
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Die beiden Exzenterspanner 29, 30 weisen an ihrer Außenseite ebenfalls vorzugsweise etwa halbzylindrische Exzenterflächen 18, 19 auf. Diese stehen jedoch anders als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nicht in direkter Berührung mit den Gegenflächen 23, 24. Vielmehr ist zwischen den Exzenterflächen 18, 19 und den Gegenflächen 23, 24 eine dünne Metallfolie 33, beispielsweise eine dünne Stahlblechfolie in Gestalt einer dünnwandigen Stahlhülse angeordnet. Die Wandstärke der Hülse kann zweckentsprechend einige Zehntel Millimeter betragen.
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Die Folie 33 überdeckt Fugen oder Spalte 34, 35, die zwischen den in Längsrichtung weisenden Flanken der Exzenterspanner 29, 30 ausgebildet sind.
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Die 11 bis 13 veranschaulichen die aus der Folie 33 ausgebildete Hülse 36. Wie ersichtlich, kann diese an einem Ende 37 mit einem radial nach innen weisenden Rand oder Flansch 38 versehen sein. Die Exzenterspanner 29, 30 werden zunächst so aneinander gesetzt, dass ihre äußeren Exzenterflächen 18, 19 zusammen eine Zylinderfläche definieren. Deren Durchmesser entspricht etwa dem Innendurchmesser der Hülse 35. Die beiden Exzenterspanner 29, 30 werden in die Hülse 36 eingefügt.
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Im nächsten Arbeitsschritt werden die beiden Exzenterspanner 29, 30 gegeneinander radial verschoben, wie es die 17 und 19 veranschaulichen, so dass ihre Innenflächen auf einem gemeinsamen Zylinder kommen. Die Hülse 36 wird dabei an zwei Linien 40, 41 so verformt, dass sich längs verlaufenden Stufen ausbilden. Danach wird die Hülse 36, wie es 18 zeigt an ihrem dem Ende 37 gegenüberliegendem Ende 39 verbördelt wird. Dabei werden die beiden Exzenterspanner 29, 30 fest am Innendurchmesser der Hülse 36 anliegend zusammen gehalten. In diesem Zustand wird das nunmehr fertig gestellte Spannelement 28 in die Nabe 9 eingebaut oder eingespritzt. Durch Verdrehen der beiden Exzenterspanner 29, 30 gegen die Nabe, kann, wie weiter oben anhand des einteiligen Spannelements 8 beschrieben, eine Welle 42 in der Nabe 9 festgespannt werden, wie es 10 zeigt.
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Um eine vollständige Zentrierung der Nabe 9 auf der Welle 42 zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Nabe nach Herstellung des entsprechenden Maschinenelements zentrisch aufzunehmen und die Innenflächen 31, 32 fein zu bearbeiten. Vorzugsweise wird dabei die Drehrichtung der Nabe so gewählt, dass sich die beiden Exzenterspanner 29, 30 beim Ausdrehen an den Stufen 40, 41 abstützen können.
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Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung umfasst ein Maschinenelement 2 mit einem Spannelement 8, das mit dem Maschinenelement 2 eine bauliche Einheit bildet. Das Spannelement 8 weist eine zentrale, vorzugsweise zylindrische Bohrung 7 zur Aufnahme einer Welle auf und ist so dünnwandig ausgebildet, dass es radial nach innen verformbar ist. Seine innenzylindrische Sitzfläche wird vorzugsweise erst dann erzeugt, wenn ein zur Ausbildung des Spannelemente 8 vorgesehener Rohling fest in das Maschinenelement 2 eingesetzt ist. Das mit dem Spannelement 8 versehene Maschinenelement 2 besitzt eine hohe Spanngenauigkeit und ist einfach und rationell herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle-Nabe-Verbindung
- 2
- Maschinenelement
- 3
- Riemenscheibe
- 4
- Welle/Wellenstumpf
- 5
- Aggregat
- 6
- Stirnfläche
- 7
- Bohrung
- 8
- Spannelement
- 9
- Nabe
- 10
- Drehachse
- 11
- Abschnitt
- 12, 13
- Ringflächen
- 14
- Wandung
- 15, 16
- Flächenabschnitte
- 17
- Spannabschnitt
- 18, 19
- Exzenterflächen
- R
- Radien
- M1, M2
- Mittelpunkte
- 20
- Inbusabschnitt
- 21
- Formschlussprofil (Konterprofil)
- 22
- Rand
- 23, 24
- Gegenflächen
- 25
- Stirnfläche
- 26
- Axialanlagering
- 26a
- Mutter
- 26b
- Sicherungsring
- 26c
- Ausnehmungen
- 27
- Zähne
- 28
- Spannelement
- 29, 30
- Exzenterspanner
- 31, 32
- Innenflächen
- 33
- Folie
- 34, 35
- Fugen
- 36
- Hülse
- 37
- Ende
- 38
- Flansch
- 39
- Ende
- 40, 41
- Stufen
- 42
- Welle
