DE102009040002A1

DE102009040002A1 - Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102009040002A1
Application number: DE102009040002A
Authority: DE
Inventors: Uli Junker
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Welle-Nabe-Verbindung, die insbesondere bei Doppelkupplungen einsetzbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle-Nabe-Verzahnung, welche wechselnden Belastungszuständen, wie in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, ausgesetzt sind.
Eine Welle-Nabe-Verbindung ist eine im Maschinenbau zumeist standardisierte Verbindungsart, um Drehmomente und Leistungen von einer Welle oder einem Zapfen auf eine rotierende Nabe oder umgekehrt zu übertragen. Welle-Nabe-Verbindungen können nach der Art der Kraftübertragung unterteilt werden in kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindungen.
Als eine kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung ist ein Spannsatz bekannt mit dem z. B. ein Zahnrad auf einer Welle befestigt werden kann. Ein Spannsatz umfasst einen Innenring und einen Außenring, wobei der Innenring eine zylindrische Innenfläche aufweist und mit Spiel auf der Welle aufgefädelt wird, und wobei der Außenring eine zylindrische Außenfläche aufweist, die mit Spiel in eine Bohrung der Nabe eingelegt wird. Der Innenring hat auf seiner Außenfläche ein oder zwei kegelige Ringflächen, während der Außenring auf seiner Innenseite eine oder zwei entsprechende kegelige Ringflächen aufweist. Die beiden Kegelflächen sind so gestaltet, dass sich Innenring und Außenring axial fügen lassen, indem der Innenring und der Außenring über mehrere Schrauben in axialer Richtung aufeinander zugezogen werden. Aufgrund der axialen Vorspannkraft der Schrauben entsteht eine radiale Kraftkomponente, die eine Pressung in der Nabe bzw. auf der Welle erzeugt.
Eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Spannsatz baut jedoch vergleichsweise groß und kann daher gerade bei Welle-Nabe-Verbindungen im Automobilbau, und dort insbesondere im Bereich des Antriebsstranges, gerade zur Verbindung von Bauteilen der Kupplung oder des Antriebsstranges nicht verwendet werden. Dies gilt ebenso, da eine Zugänglichkeit mit Werkzeugen zum Verspannen mittels der Schrauben häufig nicht gegeben ist.
Bekannte formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen sind Verzahnungen, Keilwellenprofile, Kerbverzahnungen oder zusätzliche Mitnehmerelemente (Passfeder). Diese weisen jedoch prinzipbedingt ein Spiel zwischen Welle und Nabe auf. Dieses Spiel führt bei wechselnden Belastungszuständen zu unerwünschten Betriebssituationen. Gerade bei Welle-Nabe-Verbindungen im Bereich des Antriebsstranges eines Fahrzeuges entstehen aufgrund des prinzipbedingt vorhandenen Verzahnungsspieles (Toleranzen/Verschleiß) der Welle-Nabe-Verzahnung Geräusche, die wiederum zu Beanstandungen beim Fahrzeugbetrieb führen. Hierbei ist der Leerlaufbetrieb am kritischsten zu würdigen, da im Leerlaufbetrieb der Motor sehr leise, aber mit relativ großen Schwingwinkeln läuft. Diese Schwingungen führen zum wechselseitigen Anschlagen der Zahnflanken. Das Spiel innerhalb der Verzahnung lässt sich nur durch aufwändige Fertigungsmaßnahmen reduzieren, wodurch aber die Kosten steigen.
Zur Lösung des Problems von verzahnungsbedingten Geräuschen wurde vorgeschlagen, die Reibung innerhalb der Verzahnung zu erhöhen, beispielsweise durch Federbleche, welche z. B. an der Nabe befestigt sind und auf die Welle drücken oder durch Druckstifte, die eine Reibung zwischen Welle und Nabe erzeugen sollen. Diese Lösungen haben aber den Nachteil, dass die Montagekräfte (Fügekräfte) im gleichen Verhältnis zum geforderten Reibmoment ansteigen. Dies kann dann dazu führen, dass sich Welle und Nabe nicht mehr von Hand fügen lassen, weil sich das für die Funktion nötige Reibmoment und somit auch die Montagekraft zu stark erhöhen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Welle-Nabe-Verbindung anzugeben, bei der die zur Montage notwendige Fügekraft merklich geringer ansteigt als ein gefordertes Reibmoment.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer zwischen Welle und Nabe angeordneten Verspanneinheit, die eine Rampeneinrichtung und mehrere Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper entlang der Rampeneinrichtung radial verlagerbar sind, wodurch eine radial wirkende Kraft erzeugbar ist, um Welle und Nabe miteinander zu verspannen.
Bei axialer Verlagerung von Welle und Nabe relativ zueinander werden also die Wälzkörper entlang der Rampeneinrichtung radial verlagert. Die Wälzkörperverlagerung erzeugt eine radial wirkende Kraft. Es entsteht eine Verspannung zwischen Welle und Nabe. Aufgrund dieser radialen Verspannung steigt die Reibkraft und damit die Fügekraft an. Die Wälzkörper führen dabei aber eine Rollbewegung durch. Gleitreibung tritt demgegenüber kaum auf. Daher steigt die Fügekraft deutlich langsamer an als bei den bekannten Lösungen.
Die Rampeneinrichtung kann dabei einem rampenförmigen Bereich und einen sich an diesem rampenförmigen Bereich anschließenden Plateaubereich mit im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen, wobei bei einer axialen Verlagerung von Welle und Nabe und Bewegung der Wälzkörper im rampenförmigen Bereich ein Abstand der Wälzkörper zu einer Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung veränderbar ist zur Erzeugung der radialen Kraft, und wobei bei einer weiteren axialen Verlagerung von Welle und Nabe und einer Bewegung der Wälzkörper im Plateaubereich ein Abstand der Wälzkörper zur Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung konstant bleibt.
Entsprechend kann die Welle-Nabe-Verbindung zueinander ausgerichtet werden bei der weiteren axialen Verlagerung von Welle und Nabe und der Bewegung der Wälzkörper im Plateaubereich, was gerade bei der Montage eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges zum Ausgleich von Toleranzen im Antriebsstrang gerade zwischen Antrieb und Getriebe besonders vorteilhaft ist.
Weiterhin kann die Rampeneinrichtung an einem ringförmigen Element angeordnet sein, wobei das ringförmige Element mit der Nabe oder mit der Welle verbunden ist. Alternativ kann die Rampeneinrichtung auch unmittelbar an der Welle oder an der Nabe ausgebildet sein.
Das ringförmige Element kann dabei als geschlitzte Hülse mit zumindest einem gemeinsamen Ringbereich ausgebildet sein. Aufgrund der Schlitze kann die Hülse durch die Wirkung der axialen Verlagerung der Wälzkörper aufgeweitet oder durchmesserreduziert werden.
Alternativ kann das ringförmige Element mehrere Segmente aufweisen, die über elastische Mittel miteinander verbunden sind. Aufgrund der die Segmente verbindenden elastischen Mittel können die Segmente durch die Wirkung der axialen Verlagerung der Wälzkörper radial nach innen oder radial nach außen geschoben werden.
Weiterhin alternativ kann das ringförmige Element aus einem eine Elastizität aufweisenden Material hergestellt sein, das eine Elastizität in radialer Richtung der Welle-Nabe-Verbindung aufweist. Dieser „elastische Ring” kann durch die Wirkung der verlagerten Wälzkörper elastisch schrumpfen bzw. elastisch aufgeweitet werden, wodurch ebenfalls eine Pressung entstehen kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das ringförmige Element als ein Innenring der Verspanneinheit ausgebildet, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als ein Außendurchmesser der Welle und der an der Welle abgestützt ist, wobei die Rampeneinrichtung an der Außenseite des Innenringes ausgebildet ist.
Alternativ hierzu kann das ringförmige Element als ein Außenring der Verspanneinheit ausgebildet sein, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Nabe und der an der Nabe abgestützt ist, wobei die Rampeneinrichtung an der Innenseite des Außenringes ausgebildet ist.
Weiterhin alternativ kann die Verspanneinheit zwei ringförmige Elemente aufweisen, die als ein an der Welle abgestützter Innenring und ein an der Nabe abgestützter Außenring angeordnet sind, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring ausgenommen sind und wobei zumindest einer der Ringe eine Rampeneinrichtung aufweist, entlang deren die Wälzkörper verlagerbar sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Innenring mit leichter Überdeckung auf die Welle aufgepresst und der Außenring weist eine Eigenelastizität (beispielsweise durch Schlitze, den segmentartigen Aufbau oder die Materialelastizität) auf.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel hierzu ist der Außenring in die Nabe eingepresst und der Innenring weist eine Eigenelastizität (beispielsweise durch Schlitze, den segmentartigen Aufbau oder die Materialelastizität) auf.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Welle und der Nabe eine Verzahnung vorgesehen und die Verspanneinrichtung ist benachbart zur Verzahnung angeordnet.
Bevorzugter Weise sind die Wälzkörper als Kugeln oder Rollen ausgebildet. Rollen und Kugeln können auch in einem Mischverbau eingesetzt werden.
Die Kugeln oder Rollen können durch einen Käfig oder durch eine nicht-kreisringförmige Ausbildung des Querschnittes des ringförmigen Elementes zumindest im Plateaubereich der Rampeneinrichtung am Verdrehen an ihrer Hochachse gehindert werden.
Gemäß einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest im Plateaubereich zumindest eine axiale Laufbahn für die Wälzkörper auf Seiten der Nabe bzw. auf Seiten der Welle ausgebildet zur Verhinderung eines gegenseitigen Verdrehens von Welle und Nabe bzw. zur Verhinderung eines gegenseitigen Verdrehens von Innenring und Außenring.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
1a–1d eine schematisierte Darstellung der Abfolge des Ablaufes der Montage der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung,
2a ein Ausführungsbeispiel einer Verspanneinrichtung mit Rollen als Wälzkörpern (Schnittdarstellung und Seitenansicht in demontiertem Zustand),
2b ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verspanneinheit mit Rollen als Wälzkörpern (Schnittdarstellung und Seitenansicht in demontiertem Zustand),
3a ein Ausführungsbeispiel der Verspanneinheit mit Kugeln als Wälzkörpern (Schnittdarstellung und Seitenansicht in demontiertem Zustand),
3b ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verspanneinheit mit Kugeln als Wälzkörpern (Schnittdarstellung und Seitenansicht in demontiertem Zustand),
4 eine schematisierte Darstellung des Funktionsprinzips der Verspannung der Welle-Nabe-Verbindung (4a demontierter Zustand und 4b montierter Zustand).
4a zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Welle-Nabe-Verbindung mit einer zwischen einer Welle 2 und einer Nabe 1 angeordneten Verspanneinheit 5. Die in 4 schematisch dargestellte Verspanneinheit umfasst einen Innenring 8, einen Außenring 7 und mehrerer (zumindest drei) Wälzkörpern 9. Der Innenring 8 ist an der Welle 2 abgestützt, wobei der Innenring 8 mit leichter Überdeckung auf die Welle aufgepresst ist und wie vorliegend gezeigt gegen einen Absatz der Welle 2 anliegt. Der Außenring 7 ist an der Nabe abgestützt, wobei ein Außendurchmesser des Außenringes 7 etwas kleiner ist als ein Innendurchmesser der Nabe 1.
Sowohl Innenring 8 als auch Außenring 7 weisen eine Rampeneinrichtung auf. Jede der Rampeneinrichtungen umfasst einen rampenförmigen Bereich 7a, 8a und einen Plateaubereich 7b, 8b. Entlang des rampenförmigen Bereichs 7a, 8a nimmt der Abstand von einer Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung (bevorzugt kontinuierlich) zu. Im Plateaubereich ist ein Abstand zur Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung im Wesentlichen konstant.
Innen- und Außenring werden vorliegend aus zylindrischen Ringen 7, 8 hergestellt, wobei ein Teilbereich spanend bearbeitet (z. B. abgedreht) wird zur Erzeugung des rampenförmigen Bereichs 7a, 8a.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Außenring 7 mit einer Eigenelastizität ausgebildet. Beispielweise kann der Außenring als geschlitzte Hülse ausgebildet sein, wie im Rahmen der 2A, 2B, 3A und 3B nachstehend noch eingehend erläutert. Aufgrund der Eigenelastizität weitet sich der Außenring bei radialer Verlagerung der Wälzkörper auf.
Wie bereits vorstehend erläutert, sind auch andere Möglichkeiten der Erzeugung einer Eigenelastizität vorhanden.
Ebenfalls kann alternativ oder kumulativ der Innenring eine Eigenelastizität aufweisen. Aufgrund der Eigenelastizität wird ein Durchmesser des Innenringes bei radialer Verlagerung der Wälzkörper reduziert.
Zudem sind auch Ausführungen möglich, bei denen lediglich ein Innenring oder ein Außenring vorhanden sind und/oder bei denen eine Rampeneinrichtung unmittelbar an der Nabe oder der Welle ausgebildet ist.
Insbesondere ist auch ein Ausführungsbeispiel denkbar, bei dem die Welle mit einer Rampeneinrichtung ausgebildet ist, wobei ein eine Eigenelastizität aufweisender Ring zwischen Welle und Nabe angeordnet ist und wobei zwischen Welle und Ring mehrere Wälzkörper angeordnet sind.
Desweiteren ist auch ein Ausführungsbeispiel denkbar, bei dem die Nabe mit einer Rampeneinrichtung ausgebildet ist, wobei ein eine Eigenelastizität aufweisender Ring zwischen Welle und Nabe angeordnet ist und wobei zwischen Nabe und Ring mehrere Wälzkörper angeordnet sind.
4a zeigt einen Montagezustand vergleichbar 1c, bei dem der Außenring 7 durch relative Verlagerung von Welle und Nabe zueinander (indem die Welle in die Nabe eingeführt wird bzw. indem die Nabe auf die Welle aufgesteckt wird) an einem Absatz in der Bohrung der Nabe 1 zur Anlage gekommen ist, wobei sich die Wälzkörper 9 aber noch im Rampenbereich 7a, 8a befinden und sich bei weiterer Verlagerung weiter entlang der Rampen und damit radial zur Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung bewegen.
4b zeigt einen späteren Montagezustand vergleichbar 1d, bei dem die Wälzkörper im Plateaubereich angekommen sind. In diesem Bereich bleibt die in radialer Richtung erzeugte Verspannkraft konstant und die Welle-Nabe-Verbindung kann zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen eingestellt werden. Dieser Montagevorgang von 4a nach 4b ist über den Bewegungspfeil in 4a angedeutet.
Die Wälzkörper 9 können als Wälzkörperkugeln oder Wälzkörperrollen ausgebildet sein und zwischen Innenring 8 und Außenring 7 angeordnet sein. Entlang der am Außenring 7 und am Innenring 8 ausgebildeten rampenförmigen Bereiche und im sich jeweils an diesen rampenförmigen Bereich anschließenden Plateaubereich können sich die Wälzkörper 9 bewegen.
Die Verspanneinheit (welche auch als Rollen- bzw. Kugel-Verspannring bezeichnet werden kann) besteht vorwiegend also aus einem Innen- und Außenring mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern (vorzugsweise zumindest drei), die sich auf Rampen bewegen. Wie vorliegend über die mit X bezeichneten Federn symbolisch angedeutet, weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Außenring eine Eigenelastizität auf, über die die Reibkraft zur Nabe realisiert wird. Stark vereinfachend kann die vorliegende Verspanneinheit (d. h. der vorliegende Verspannring) als Wälzlager verstanden werden, bei dem die Wälzrichtung um 90° gedreht ist, d. h. die Wälzbewegung zeigt bei den Verspannringen in axiale Richtung, wobei sie bei Wälzlagern in Umfangsrichtung läuft.
Die vorliegende Verspanneinheit (d. h. der vorliegende Verspannring) zeichnet sich dadurch aus, dass die Montagekraft (Fügekraft) durch Rollreibung statt durch Gleitreibung um den Faktor 50 bis 100 (Gleittreibwert = 0,1 zu Rollreibwert = 0,001) verringert werden kann.
In 4a ist vorliegend der noch nicht vollständig montierte Zustand gezeigt, da die Wälzkörper 9 noch die Rampen der Außen- und Innenringe 7, 8 ”hochrollen”. Der Außenring wird dabei vorliegend aufgrund dessen Eigenelastizität aufgeweitet. In 4b ist der fertig montierte Zustand gezeigt, in dem sich die Wälzkörper auf dem Plateauniveau der Rampe bewegen. In diesem Zustand wird der Außenring 7 über seine elastischen Bereiche X (durch Druckfeder symbolisiert) an die Nabe 1 angedrückt und erzeugt dadurch die einzustellende Reibkraft bzw. das einzustellende Reibmoment. Die Welle-Nabe-Verbindung ist entsprechend vorgespannt und in dieser vorgespannten Lage kann die gewünschte Einbaulage der Welle-Nabe-Verbindung korrigiert werden, ohne dass die gewünschte Reibkraft bzw. das gewünschte Reibmoment verändert wird, da die Wälzkörper 9 auf dem Plateau bewegt werden können, ohne die Verspannkraft zu verändern.
Die 1a bis 1d zeigen einen entsprechenden Montagevorgang, wobei aus Vereinfachungsgründen Details hinsichtlich der Verspanneinheit bei der Darstellung der 1a bis 1d weggelassen sind.
Dabei zeigt 1a den Zustand vor Montage, wobei der Verspannring mit seinem Innenring 8 mit leichter Überdeckung auf die Welle 2 aufgepresst ist und er einem Wellenbund 10 ansteht. Der Verspannring 5 ist dabei benachbart zu einer auf der Welle ausgebildeten Außenverzahnung 4 angeordnet. Die Nabe 1 weist entsprechend eine zugehörige Innenverzahnung 3 auf.
Wie in 1b gezeigt, wird die Welle 2 mit ihrer Außenverzahnung 4 in der Innenverzahnung 3 der Nabe 1 geschoben und dadurch vorzentriert, wobei sich der Verspannring 5 noch außerhalb der Nabe 1 befindet.
Wie aus 1c ersichtlich, wird die Welle 2 weiter in die Nabe 1 geschoben, bis der Außenring 7 des Verspannringes 5 axial an einem Vorsprung in der Nabe 1 ansteht. Dabei ist der Außendurchmesser des Außenringes 7 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Nabe 1. Beispielsweise kann der Außendurchmesser des Außenringes 7 um ca. 0,4 mm kleiner sein als der Innendurchmesser der Nabe 1, wobei ein solcher Durchmesserunterschied insbesondere von einem Ausmaß der Eigenelastizität des Außenringes, einer radialen Verlagerung der Wälzkörper und einer gewünschten Pressung abhängt.
Wie in 1d gezeigt, wird in diesem Zustand die Welle 2 nun weiter in die Nabe 1 geschoben. Sobald der Außenring an dem Vorsprung in der Nabe 1 ansteht, bewegen sich der Innenring 8 und der Außenring 7 des Verspannringes 5 in axialer Richtung relativ zueinander, wie dies in den 4a und 4b gezeigt ist. Dadurch, dass sich die Wälzkörper 9 aufgrund dieser axialen Bewegung zwischen Innen- und Außenring entlang der Rampen bewegen, wird der Außenring 7 aufgrund dessen Eigenelastizität aufgeweitet und erzeugt so durch seine Elastizität die gewünschte Vorspannung bzw. das Reibmoment zwischen Welle 2 und Nabe 1.
Diese Elastizität kann durch das Material des Außenringes selbst erzeugt werden, wenn z. B. der Außenring als zylindrische Hülse ausgebildet und aufgrund der Verlagerung der Wälzkörper entsprechend aufgeweitet wird. Alternativ hierzu kann der Außenring auch Schlitze aufweisen wie diese in den 2a, 2b und 3a, 3b gezeigt und nachstehend noch weiter erläutert wird. Die Schlitze bilden eine bevorzugte Ausführungsform der Eigenelastizität des Außenringes und sind in den nachfolgenden 2a und 2b sowie 3a und 3b über dasselbe Symbol X gekennzeichnet wie die als Druckfeder schematisch dargestellte Eigenelastizität gemäß der Darstellung der 4a und 4b.
In 1d sind die Wälzkörper 9 auf dem Plateau mit konstantem Durchmesser „angekommen”. Die Vorspannkraft bleibt konstant. Dieses Plateau ermöglicht also den Ausgleich von Toleranzen zwischen Motor und Getriebe (z. B. im Bereich von +/– 2 mm), ohne dass sich die Vorspannkraft im Verspannring bzw. das Moment zwischen Welle und Nabe verändert.
Vorstehend wurde die Eigenelastizität des Außenringes sowie die Aufspreizung/Aufweitung des Außenringes beschrieben, wobei der Innenring fest an der Welle angeordnet ist. Alternativ zu dieser Ausbildung könnte auch der Außenring fest an der Nabe angeordnet sein, wobei der Innenring eine Eigenelastizität, beispielsweise über die vorstehend beschriebenen Schlitze oder andere der beschriebenen Maßnahmen aufweist. Während der Montage würde entsprechend der Innenringdurchmesser verkleinert, wodurch ebenfalls eine Vorspannkraft bzw. ein Reibmoment zwischen Welle und Nabe erzeugt werden kann.
Ebenfalls können sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser eine Eigenelastizität aufweisen, wobei dann aufgrund der Bewegung der entlang der rampenbewegten Wälzkörper der Außenring aufgespreizt und der Innenringdurchmesser verkleinert würden.
Der Verspannring 5 kann grundsätzlich mit Rollen (wie nachfolgend im Zusammenhang mit den 2a und 2b erläutert) oder mit Kugeln (wie nachfolgend in den 3a und 3b erläutert) bzw. auch mit einer Kombination von Rollen und Kugeln aufgeführt werden.
Aus der 2a und der 2b ist ersichtlich, dass der Innenring bevorzugt eine nicht-kreis(ring)förmige Form aufweist, wodurch Laufflächen für die Wälzkörperrollen 9 gebildet werden. Aufgrund dieser Laufflächen ergibt sich eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörper axial zum Verspannring 5.
Im Vergleich der 2a und 2b ist ersichtlich, dass der Außenring gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen im Querschnitt sowohl kreis(ring)förmig als auch nicht-kreis(ring)förmig ausgebildet sein kann, wobei sich bei 2b eine noch definiertere Laufbahn für die Wälzkörper 9 ergibt. Gerade in der Ausbildung nach 2b kann auf einen separaten Käfig zur Führung der Wälzkörper verzichtet werden, da Innen- und Außenring gemeinsam eine definierte Laufbahn für die einzelnen Wälzkörper bilden.
Wird die Vorspannung über eine Eigenelastizität des Innenrings realisiert, so kann das Ausführungsbeispiel nach 2a dahingehend modifiziert werden, dass der Außenring einen nicht kreis(ring)förmigen Querschnitt und der Innenring einen kreis(ring)förmigen Querschnitt aufweist.
Hierbei sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Eigenelastizität gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispielen durch die mit X gekennzeichneten Schlitze realisiert wird, wobei die dadurch entstehenden Bereich über einen Halsbereich miteinander verbunden sind. Auf diesen gemeinsamen Halsbereich könnte verzichtet werden, wenn die geschlitzten Bereiche über andere elastische Mittel verbunden würden, wie beispielsweise über Federn oder einen gummiartigen Werkstoff.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit Rollen als Wälzkörpern haben den Vorteil, dass sie eine Linienberührung zwischen Innen- und Außenring aufweisen, wodurch sich ein Verdrehen von Außen- und Innenring verhindern lässt. Die Rollen können insbesondere durch einen Käfig (bei kreis(ring)förmigen Querschnitten von Innen- und Außenring) oder durch eine in Querschnitt leicht bauchig ausgeformte Ausbildung der Plateaubereiche am Verdrehen um ihre Hochachse gehindert werden können, wie vorstehend bereits beschrieben. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die Schnittdarstellungen gemäß den 2a und 2b sowie auch gemäß den nachstehend noch beschriebenen 3a und 3b im Bereich des Plateaus der Rampeneinrichtung des Verspannringes 5 liegen.
Bei den Ausführung mit Kugeln (3a und 3b) sollten in den Außen- und Innenringen jeweils axiale Laufbahnen eingebracht werden, damit sich die Innen- und Außenringe nicht gegenseitig verdrehen können, wobei einer Anzahl der Laufbahnen am Innenring (s. 3b) beliebig und unabhängig von einer Anzahl der verwendeten Kugeln 9 ist. Ansonsten sind die Ausführungsbeispiele nach den 3a und 3b mit den Ausführungsbeispielen nach den 2a und 2b vergleichbar, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung der kreis(ring)förmigen bzw. nicht kreis(ring)förmigen Querschnitte im Bereich des Plateaus der Rampeneinrichtungen.
Bei Demontage der Welle läuft der Montagevorgang in umgekehrten Reihenfolge ab, bis sich der Verspannring wieder in Ausgangsposition (vgl. 1a) befindet. Der Verspannring 5 kann also beliebig oft montiert bzw. demontiert werden.
Die vorstehend beschriebe Welle-Naben-Verzahnung ist insbesondere zur Verbindung von einer Kupplungsscheibe mit der zugehörigen Getriebeeingangswelle verwendbar, wobei sich eine geringere Fügekraft bei Getriebemontage bzw. Getriebedemontage im Vergleich zu bekannten anderen Verspannlösung ergibt. Zudem ist der Verspannring beliebig oft montierbar bzw. demontierbar, ohne dass Spezialwerkzeug notwendig oder ein bestimmte Zugänglichkeit gegeben sein muss. Ebenfalls ist der vorliegende Verspannring 5 auf beliebige Durchmesserverhältnisse adaptierbar, egal ob eine große Verzahnung oder eine kleine Verzahnung vorliegt. So können gerade auch Doppelkupplungen mit unterschiedlichen Durchmessern der Getriebeeingangswellen mit der gleichen Art an Verspannung versehen werden. Dies gilt ebenfalls für Kupplungsscheiben mit bzw. ohne integrierte Dämpfereinrichtung.
Entsprechend ergibt sich durch Einsatz der vorliegenden Verspannringe eine Absenkung der Montagekraft beim Zusammenbau von Getriebe und Motor sowie eine Mehrfachmontage/Demontagemöglichkeit.

1: Nabe
2: Welle
3: Innenverzahnung
4: Außenverzahnung
5: Verspanneinheit
7: Außenring
8: Innenring
9: Wälzkörper
10: Wellenbund

Claims

Welle-Nabe-Verbindung mit einer zwischen Welle und Nabe angeordneten Verspanneinheit, die eine Rampeneinrichtung und mehrere Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper entlang der Rampeneinrichtung radial verlagerbar sind, wodurch eine radial wirkende Kraft erzeugbar ist, um Welle und Nabe miteinander zu verspannen.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampeneinrichtung einen rampenförmigen Bereich und einen sich an den rampenförmigen Bereich anschließenden Plateaubereich mit konstantem Durchmesser aufweist, wobei bei einer axialen Verlagerung von Welle und Nabe und Bewegung der Wälzkörper im rampenförmigen Berech ein Abstand der Wälzkörper zu einer Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung veränderbar ist zur Erzeugung der radialen Kraft, und wobei bei einer weiteren axialen Verlagerung von Welle und Nabe und einer Bewegung der Wälzkörper im Plateaubereich ein Abstand der Wälzkörper zur Drehachse der Welle-Nabe-Verbindung konstant bleibt.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampeneinrichtung an einem ringförmigen Element angeordnet ist, wobei das ringförmige Element mit der Welle oder mit der Nabe verbunden ist, oder dass die Rampeneinrichtung unmittelbar an der Welle oder an der Nabe ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element als eine geschlitzte Hülse mit gemeinsamen Ringbereich ausgebildet ist, oder dass das ringförmige Element mehrere Segmente aufweist, die über elastische Mittel miteinander verbunden sind, oder dass das ringförmige Element aus einem eine Elastizität aufweisenden Material herstellt ist und eine Elastizität in radialer Richtung der Welle-Nabe-Verbindung aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element als ein Außenring der Verspanneinheit ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als ein Innendurchmesser der Nabe und der radial außen an der Nabe abgestützt ist, wobei die Rampeneinrichtung an der Innenseite des Außenringes ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element als ein Innenring der Verspanneinheit ausgebildet ist, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als ein Außendurchmesser der Welle und der radial innen an der Welle abgestützt ist, wobei die Rampeneinrichtung an der Außenseite des Innenringes ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspanneinheit zwei ringförmige Elemente aufweist, die als ein an der Welle abgestützter Innenring und ein an der Nabe abgestützter Außenring angeordnet sind, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring aufgenommen sind und wobei zumindest einer der Ringe eine Rampeneinrichtung aufweist, entlang deren die Wälzkörper verlagerbar sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring mit leichter Überdeckung auf die Welle aufgepresst ist und dass der Außenring eine Eigenelastizität aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring in die Nabe eingepresst ist und dass der Innenring eine Eigenelastizität aufweist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Welle und Nabe eine Verzahnung vorgesehen ist und dass die Verspanneinrichtung benachbart zur Verzahnung angeordnet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzkörper Kugeln und/oder Rollen vorgesehen sind.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln oder Rollen durch einen Käfig oder durch eine nicht-kreisringförmige Ausbildung des Querschnittes des ringförmigen Elementes zumindest im Plateaubereichs der Rampeneinrichtung am Verdrehen an ihrer Hochachse gehindert werden.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Plateaubereich zumindest eine axiale Laufbahn (8a) ausgebildet ist zur Verhinderung eines gegenseitigen Verdrehens von Welle und Nabe.