DE102009019389A1

DE102009019389A1 - Welle-Nabe-Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102009019389A1
Application number: DE102009019389A
Authority: DE
Inventors: Gerd Glohr; Rudolf Dipl.-Ing. Goebel; Hartmut Dipl.-Ing. Nied (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung (1) zur Übertragung eines Drehmomentes, umfassend eine Nabe (2) und eine darin einsteckbare Welle (3), wobei zwischen der Welle (3) und der Nabe (2) ein Sicherungsring (5) in einer umlaufenden Wellennut (6) und einer ebenfalls umlaufenden Nabennut (7) angeordnet ist, welcher zur axialen Fixierung der Welle (3) relativ zur Nabe (2) dient. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass der Sicherungsring (5) aus einem Werkstoff mit einem temperaturabhängigen Formgedächtnis ausgebildet ist, wobei der Sicherungsring (5) bei einer Betriebstemperatur höhere Auszugskräfte aufnimmt als bei einer Ruhetemperatur.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 20 2008 001 372 U1 ist eine gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung bekannt, die der Übertragung von Drehmomenten dient, etwa in Gleichlaufgelenken von Gelenkwellen. Die Fixierung bzw. Sicherung erfolgt dabei mittels eines Sicherungsrings, der in entsprechende Ringnuten der Welle und der Nabe einschnappt. Die Ringnuten sind dabei oftmals innerhalb einer Wellenverzahnung der Welle-Nabe-Verbindungsanordnung angeordnet.
Für eine preiswerte und gleichzeitige gewichtsgünstige Befestigung von Seitenwellen im Achsgetriebe (Vorderachse oder Hinterachse) werden oft statt einer Flanschverbindung die Wellen über ein Wellenprofil direkt in die zugehörigen Achswellenräder eingesteckt. Zur Sicherung dient hierbei im Allgemeinen ein C-förmiger Rundring. Um die Welle-Nabe-Verbindungsanordnung leicht montierbar zu gestalten, dürfen die hierbei notwendigen Axialkräfte jedoch nicht zu groß werden. Nach der Montage muss die Welle jedoch sicher sitzen und die beim Betrieb des Kraftfahrzeuges auftretenden Betriebskräfte zuverlässig aushalten. Für einen Servicefall hingegen muss die Welle-Nabe-Verbindung durch das Herausziehen der Welle wieder leicht lösbar sein. Eine funktionssichere Auslegung dieser Welle-Nabe-Verbindung wird durch Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Federsteifigkeiten erschwert, und kann sich darüber hinaus bei Fahrmanövern lösen, wodurch das Kraftfahrzeug in unter Umständen gefährliche Fahrsituationen geraten kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung, eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die einerseits eine leichte Montage bzw. Demontage gewährleistet, andererseits jedoch in der Lage ist, hohe Betriebskräfte aufzunehmen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Sicherungsring zur axialen Fixierung einer Welle in einer Nabe aus einem temperaturabhängigen Werkstoff auszubilden, der darüber hinaus ein Formgedächtnis aufweist. Der Sicherungsring ist dabei in einer umlaufenden Wellennut und einer ebenfalls umlaufenden und zugehörigen Nabennut angeordnet und ist derart gestaltet, dass er bei einer Betriebstemperatur des Fahrzeugs höhere Auszugskräfte aufnehmen kann, als bei einer Ruhetemperatur. Eine Erstmontage der Welle in der Nabe erfolgt dabei genauso wie ein evtl. Service bspw. bei einer normalen Raumtemperatur (z. B. 15 bis 30°C). Bei diesem Temperaturniveau gelten konventionelle Haltekräfte. Im Betrieb des Fahrzeuges treten jedoch deutlich höhere Betriebstemperaturen auf, die eine Formänderung des Sicherungsringes bewirken und dadurch die Auszugskräfte erhöhen, wobei die Welle-Nabe-Verbindungsanordnung während des Betriebs vergleichsweise hohe Kräfte aufnehmen kann. Vor der Demontage der Welle aus der Nabe braucht die Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nur wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden, um mit üblichen Demontagekräften auseinander gezogen werden zu können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist der Sicherungsring aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere aus einer Legierung, ausgebildet. Denkbar ist hierbei, dass sich eine derartige Legierung, insbesondere mit einem intrinsischen Zwei-Wege-Effekt, an zwei Formen, nämlich bei einer Ruhe- und bei einer Betriebstemperatur „erinnern” kann. Damit der Sicherungsring beim Abkühlen seine definierte demontagefähige Form wieder einnimmt, muss er durch entsprechende thermodynamische Behandlungszyklen trainiert werden. Diese bewirken eine Ausbildung von Spannungsfeldern im Material, die die Bildung von bestimmten Martensit-Varianten beim Abkühlen fördern. Somit stellt die trainierte Form für den kalten Zustand, d. h. für den Zustand bei Raumtemperatur, lediglich eine Vorzugsform des Martensit-Gefüges dar. Die Umwandlung der Form kann beim intrinsischen Zwei-Wege-Effekt nur stattfinden, wenn keine äußeren Kräfte entgegenwirken. Generell können diese positiven Formgedächtniseffekte durch zwei prinzipiell unterschiedliche Lösungen erzielt werden:

– Direkt durch einen entsprechenden Formgedächtniswerkstoff und
– durch einen entsprechenden Verbundwerkstoff.

Bei einem einzigen Formgedächtniswerkstoff, wird eine Gestaltänderung in eine geometrische Sicherung durch einen einzigen Werkstoff, bspw. eine Nickel-Titan-Legierung, erzielt, wobei derartige Formgedächtniswerkstoffe hohe Kräfte über eine Vielzahl von Bewegungszyklen aufnehmen können. Bei einem Sicherungsring aus einem Verbundwerkstoff kann eine geometrische Sicherung durch ein hartes und verschleißfestes Material erfolgen, während eine thermische Formanpassung entweder durch einen zweiten Werkstoff mit einem hohen Wärmeausdehnungsfaktor oder eine Formgedächtnislegierung erfolgt. Bei Verwendung von Formgedächtniswerkstoffen könnte bei einer Temperaturhysterese von 30°C die Umwandlungstemperatur z. B. bei 35°C (Montage/Demontage) und bei 65°C (Betriebstemperatur) liegen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung 1 zur Übertragung eines Drehmomentes, eine Nabe 2 sowie eine darin einsteckbare Welle 3 auf. Zwischen der Nabe 2 und der Welle 3, die üblicherweise über eine entsprechende Verzahnung 4 drehfest miteinander verbindbar sind, ist ein Sicherungsring 5 angeordnet, der in eine umlaufenden Wellennut 6 und eine ebenfalls umlaufenden Nabennut 7 zur axialen Fixierung der Welle 3 relativ zur Nabe 2 eingreift. Erfindungsgemäß ist nun dieser Sicherungsring 5 aus einem Werkstoff mit einem temperaturabhängigen Formgedächtnis ausgebildet, wobei der Sicherungsring 5 bei einer Betriebstemperatur höhere axiale Auszugskräfte aufnehmen kann, als bei einer Ruhetemperatur, insbesondere bei einer Raumtemperatur.
Der Sicherungsring 5 kann bspw. aus einem einzigen temperaturabhängigen Werkstoff oder aber aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet sein, und bspw. eine der folgenden Legierungen aufweisen: Nickeltitan, Kupferzink, Kupferzinkaluminium, Kupferzinknickel oder Eisennickelaluminium. Generell ist der erfindungsgemäße Sicherungsring 5 in Umfangsrichtung unterbrochen, d. h. im Wesentlichen C-förmig ausgebildet. Gemäß der 1 besteht der erfindungsgemäße Sicherungsring 5 aus zwei miteinander verbundenen Werkstoffen, nämlich einem radial äußeren und einem radial inneren, wovon einer die geometrische Sicherung durch ein hartes und verschleißfestes Material gewährleistet, während der andere über eine entsprechende Formgedächtnislegierung die thermische Formanpassung bewirkt. Die Raumtemperatur, bspw. 15°C bis 30°C, ist die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung 1 vergleichsweise leicht montierbar bzw. demontierbar, wogegen sie bei einer Betriebstemperatur, welche bspw. bei ca. 65°C liegt, in der Lage ist, hohe Auszugskräfte zu übertragen. Mit der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungsanordnung 1, kann somit eine vergleichsweise leichte Montage bzw. Demontage erreicht werden, wobei die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung 1 bei Betriebstemperatur gleichzeitig in der Lage ist, hohe Auszugskräfte aufnehmen bzw. übertragen zu können.
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

- DE 202008001372 U1 [0002]

Claims

Welle-Nabe-Verbindungsanordnung (1) zur Übertragung eines Drehmomentes, umfassend eine Nabe (2) und eine darin einsteckbare Welle (3), wobei zwischen der Welle (3) und der Nabe (2) ein Sicherungsring (5) in einer umlaufenden Wellennut (6) und einer ebenfalls umlaufenden Nabennut (7) angeordnet ist, welcher zur axialen Fixierung der Welle (3) relativ zur Nabe (2) dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (5) aus einem Werkstoff mit einem temperaturabhängigen Formgedächtnis ausgebildet ist, wobei der Sicherungsring (5) bei einer Betriebstemperatur höhere Auszugskräfte aufnimmt als bei einer Ruhetemperatur.
Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (5) aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (5) eine der folgenden Legierungen aufweist, – NiTi (Nickel-Titan) – CuZn (Kupfer-Zink), – CuZnAl (Kupfer-Zink-Aluminium), – CuZnNi (Kupfer-Zink-Nickel), – FeNiAl (Eisen-Nickel-Aluminium).