DE102010035451A1

DE102010035451A1 - Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102010035451A1
Application number: DE102010035451A
Authority: DE
Inventors: Marc ÜBELACKER; Markus Züfle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden Wellenelement und einem eine Innenverzahnung aufweisenden Nabenelement. Zum Verspannen des Wellenelements mit dem Nabenelement ist ein eine Verzahnung aufweisendes elastisches Element vorgesehen, wobei das elastische Element in einem verspannten Zustand derart an dem Nabenelement angeordnet ist, dass die Verzahnung des elastischen Elements in zumindest einen Teilbereich der Außenverzahnung des Wellenelements mittels einer Presspassung eingreift, oder wobei das elastische Element in einem verspannten Zustand derart an dem Wellenelement angeordnet ist, dass die Verzahnung des elastischen Elements in zumindest einen Teilbereich der Innenverzahnung des Nabenelements mittels einer Presspassung eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung.
Ein derartiges Verspannsystem ist beispielsweise aus der WO 2007/000140 in Form eines Kupplungssystems bekannt. Dieses Verspannsystem weist ein eine Außenverzahnung aufweisendes Wellenelement in Form eines Zahnkranzes einer Kupplung und ein eine Innenverzahnung aufweisendes Nabenelement in Form eines Flansches eines Dämpfers auf. Um eine einwandfreie Drehübertragung zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement mit möglichst reduzierten Anschlags- bzw. Klappergeräuschen aufgrund von Torsionsschwingungen zu erreichen, ist hierbei vorgeschlagen, dass das Wellenelement mehrere Aussparungen aufweist, in welche jeweils ein Federelement angeordnet wird, welches Federarme aufweist, die in die Innenverzahnung des Nabenelements eingreifen und dadurch ein Verspannen des Wellenelements mit dem Nabenelement realisieren.
Nachteilig bei diesem Verspannsystem ist, dass die Federelemente auf aufwändige Art und Weise innerhalb der Aussparungen positioniert werden müssen und mittels Schraubelementen fixiert werden müssen. Zudem müssen die Federarme des Federelementes genau justiert werden, damit sie in die Innenverzahnung des Nabenelements eingreifen können, was einen hohen Arbeitsaufwand bei der Montage des Verspannsystems darstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung zur Verfügung zu stellen, welches sich durch einen reduzierten Konstruktionsaufwand und einen reduzierten Montageaufwand und damit durch verringerte Herstellungskosten auszeichnet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung weist ein eine Außenverzahnung aufweisendes Wellenelement und ein eine Innenverzahnung aufweisendes Nabenelement auf. Zum Verspannen des Wellenelements mit dem Nabenelement ist ein eine Verzahnung aufweisendes elastisches Element vorgesehen, wobei das elastische Element in einem verspannten Zustand derart an dem Nabenelement angeordnet ist, dass die Verzahnung des elastischen Elements in zumindest einen Teilbereich der Außenverzahnung des Wellenelements mittels einer Presspassung eingreift oder, wobei das elastische Element in einem verspannten Zustand derart an dem Wellenelement angeordnet ist, dass die Verzahnung des elastischen Elements in zumindest einen Teilbereich der Innenverzahnung des Nabenelements mittels einer Presspassung eingreift.
Ist das elastische Element an dem Wellenelement angeordnet, so ist das elastische Element derart an dem Wellenelement angeordnet, dass die Verzahnung des elastischen Elements von dem Wellenelement weg zeigt. Ist das elastische Element an dem Nabenelement angeordnet, so ist das elastische Element derart an dem Nabenelement angeordnet, dass die Verzahnung des elastischen Elements von dem Nabenelement weg zeigt. Der verspannte Zustand ist der Zustand, in dem das Wellenelement mit dem Nabenelement durch eine mittels des elastischen Elements realisierte Verspannung verbunden ist. Dadurch, dass im verspannten Zustand die Verzahnung des elastischen Elements in zumindest einen Teilbereich der Außenverzahnung des Wellenelements oder in zumindest einen Teilbereich der Innenverzahnung des Nabenelements mittels einer Presspassung eingreift, wird erreicht, dass die Außenverzahnung des Wellenelements mit der Innenverzahnung des Nabenelements derart verklemmt wird, dass ein Spiel zwischen der Außenverzahnung des Wellenelements und der Innenverzahnung des Nabenelements möglichst reduziert werden kann. Die Presspassung realisiert dabei die Verklemmung. Um die Presspassung realisieren zu können, ist in dem verspannten Zustand die Verzahnung des elastischen Elements enger ausgeführt als die Außenverzahnung des Wellenelements bzw. die Innenverzahnung des Nabenelements, in welche die Verzahnung des elastischen Elements im verspannten Zustand eingreift. Beim Einfügen der Verzahnung des elastischen Elements in die Außenverzahnung des Wellenelements bzw. in die Innenverzahnung des Nabenelements kann aufgrund der Elastizität des elastischen Elements die Verzahnung des elastischen Elements derart verformt werden bzw. bewegt werden, dass die Außenverzahnung des Wellenelements bzw. die Innenverzahnung des Nabenelements gerade in die Verzahnung des elastischen Elements hineinpasst. Durch die Reduzierung des Spiels zwischen der Außenverzahnung des Wellenelements und der Innenverzahnung des Nabenelements mittels der durch das elastische Element realisierten Presspassung können Geräusche, wie beispielsweise Verzahnungsklackern, die ansonsten durch ein Spiel zwischen der ineinander greifenden Außenverzahnung und Innenverzahnung hervorgerufen werden können, weitestgehend verhindert werden. Zudem kann durch das Verspannen mittels des elastischen Elements ein Verschleiß der Außenverzahnung des Wellenelements und der Innenverzahnung des Nabenelements aufgrund des reduzierten Spiels minimiert werden. Durch die Verwendung eines eine Verzahnung aufweisenden elastischen Elements zum Verspannen des Wellenelements mit dem Nabenelement kann der Konstruktionsaufwand und der Montageaufwand für eine derartige Welle-Nabe-Verbindung reduziert werden, wodurch wiederum die Herstellungskosten der Welle-Nabe-Verbindung gesenkt werden können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element in einer in einem Bereich der Innenverzahnung des Nabenelements vorgesehenen Aussparung oder in einer in einem Bereich der Außenverzahnung des Wellenelements vorgesehenen Aussparung angeordnet. Ist das elastische Element in einer in einem Bereich der Innenverzahnung des Nabenelements vorgesehenen Aussparung angeordnet, so greift die Verzahnung des elastischen Elements mittels einer Presspassung in die Außenverzahnung des Wellenelements ein. Ist das elastische Element in einer in einem Bereich der Außenverzahnung des Wellenelements vorgesehenen Aussparung angeordnet, so greift die Verzahnung des elastischen Elements im verspannten Zustand in die Innenverzahnung des Nabenelements mittels einer Presspassung ein. Die Aussparung ist vorzugsweise als Sitz ausgeformt, in welchen das elastische Element eingeformt werden kann. Die Aussparung ist vorzugsweise entlang der Innenumfangsfläche des Nabenelements bzw. entlang der Außenumfangsfläche des Wellenelements im Bereich der Verzahnungen vorgesehen. Insbesondere kann die Aussparung derart an dem Nabenelement oder an dem Wellenelement vorgesehen sein, dass im eingebauten Zustand des elastischen Elements in der Aussparung ein Teilbereich der Innenverzahnung des Nabenelements bzw. der Außenverzahnung des Wellenelements durch die Verzahnungen des elastischen Elements ersetzt werden. Dadurch kann das elastische Element in die Umfangsfläche des Nabenelements bzw. in die Umfangsfläche des Wellenelements eingefügt werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum in der Welle-Nabe-Verbindung erforderlich ist. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verspannsystem möglichst platzsparend ausgestaltet sein.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das elastische Element mittels eines Presssitzes in der Aussparung fixiert ist. Dadurch, dass das elastische Element mittels eines Presssitzes in der Aussparung fixiert ist, müssen keine zusätzlichen Befestigungsmittel zur Befestigung des elastischen Elements in der Aussparung vorgesehen sein. Das elastische Element kann dadurch schnell und ohne weitere Hilfsmittel in der Aussparung fixiert werden, wodurch der Arbeitsaufwand zur Realisierung des Verspannsystems minimiert werden kann.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass in einem unverspannten Zustand das elastische Element eine größere Umfangsfläche aufweist als die Aussparung. Der unverspannte Zustand ist der Zustand, in welchem das elastische Element noch nicht in der Aussparung des Wellenelements bzw. in der Aussparung des Nabenelements angeordnet ist. Dadurch, dass in diesem unverspannten Zustand das elastische Element eine größere Umfangsfläche aufweist als die Umfangsfläche der Aussparung kann das elastische Element in die Aussparung hineingepresst werden, wobei die dabei entstehende Pressung ausreichend ist, um das elastische Element in der Aussparung zu fixieren. Durch das Einpressen des elastischen Elements in die Aussparung wird die Verzahnung des elastischen Elements verjüngt, was bedeutet, dass der Abstand zwischen den einzelnen Zähnen der Verzahnung des elastischen Elements derart verringert wird, dass bei der Montage der Verzahnung des elastischen Elements mit der Außenverzahnung des Wellenelements bzw. mit der Innenverzahnung des Nabenelements zwischen diesen eine Presspassung entsteht, da die Zähne der Außenverzahnung des Wellenelements bzw. die Zähne der Innenverzahnung des Nabenelements in die verjüngte Verzahnung des elastischen Elements eingeklemmt werden, wobei aufgrund der Elastizität des elastischen Elements die Zähne der Verzahnung des elastischen Elements in gewissen Grenzen verformbar bzw. bewegbar sind, so dass die Zähne der Außenverzahnung des Wellenelements bzw. die Zähne der Innenverzahnung des Wellenelements in die verjüngte Verzahnung des elastischen Elements eingeschoben bzw. eingepresst werden können. Im unverspannten Zustand, das heißt bevor das elastische Element in der Aussparung fixiert wird, entspricht vorzugsweise der Abstand zwischen den Zähnen der Verzahnung des elastischen Elements dem Abstand der Zähne der Außenverzahnung des Wellenelements bzw. dem Abstand der Zähne der Innenverzahnung des Nabenelements.
Das elastische Element ist nach einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Zahnring ausgebildet. Ist das elastische Element als Zahnring ausgebildet, so erstreckt sich das elastische Element vorzugsweise um die gesamte Umfangsfläche des Nabenelements bzw. des Wellenelements herum. Durch die Ausbildung als Zahnring kann aufgrund der ähnlichen Ausgestaltung das elastische Element besonders einfach an dem Wellenelement bzw. an dem Nabenelement befestigt werden. Zudem kann durch die Ausbildung des elastischen Elements als Zahnring eine gleichmäßige Verspannung über die gesamte Außenverzahnung des Wellenelements bzw. der gesamten Innenverzahnung des Nabenelements realisiert werden.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass an dem Wellenelement bzw. an dem Nabenelement mehr als eine Aussparung vorgesehen ist, wobei in jede der Aussparungen jeweils ein elastisches Element eingefügt ist. Dabei ist das elastische Element dann nicht als Zahnring ausgebildet, sondern besteht vorzugsweise aus mehreren kleineren Teilbereichen eines Zahnringes.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element aus einem Kunststoff hergestellt. Dadurch weist das elastische Element eine besonders hohe Elastizität auf und ferner können die Materialkosten möglichst gering gehalten werden. In Abhängigkeit des verwendeten Kunststoffes kann der Grad der Elastizität des elastischen Elements eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Drehmomentübertragungssystem umfassend ein Massenschwungrad und eine Doppelkupplung, wobei zum Verbinden des Massenschwungrades mit der Doppelkupplung ein wie vorstehend aus- und weitergebildetes Verspannsystem vorgesehen ist.
Das Wellenelement des Verspannsystems bildet dabei einen sekundärseitigen Abtrieb der Doppelkupplung, wobei das Nabenelement des Verspannsystems eine sekundärseitige Antriebsnabe des Massenschwungrades bildet, wobei das Massenschwungrad einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Drehmomentübertragungssystemen erfolgt die Verbindung zwischen dem Massenschwungrad und der Doppelkupplung über eine nicht tangential vorgespannte Welle-Nabe-Verbindung. Durch das dabei entstehende Spiel in der nicht tangential vorgespannten Welle-Nabe-Verbindung werden im Leerlauf Geräusche verursacht, die, bedingt durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors, durch das Auftreffen der Innenverzahnung des Nabenelements und der Außenverzahnung des Wellenelements verursacht werden. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verspannsystems in einem derartigen Kupplungssystem können diese Nachteile vermieden werden. Durch das erfindungsgemäße Verspannsystem kann bei einer Welle-Nabe-Verbindung ein Verspannmoment aufgebracht werden, um das Spiel in der Welle-Nabe-Spiel bis zu einem gewissen Moment eliminieren zu können.
Bezüglich der weiteren Vorteile des Drehmomentübertragungssystems kann auf die oben aufgeführten Vorteile des erfindungsgemäßen Verspannsystems verwiesen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verspannsystems für eine Welle-Nabe-Verbindung; und
2 ein vergrößerter Ausschnitt des in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verspannsystems für eine Welle-Nabe-Verbindung.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung, wobei ein eine Außenverzahnung 10 aufweisendes Wellenelement 12 mit einem eine Innenverzahnung 14 aufweisenden Nabenelement 16 verbunden ist. Das Nabenelement 16 kann vorzugsweise als eine sekundärseitige Antriebsnabe eines Zweimassenschwungrades ausgebildet sein, wobei das Wellenelement 12 vorzugsweise als ein sekundärseitiger Abtrieb einer Doppelkupplung ausgebildet sein kann.
Zum Verspannen des Wellenelements 12 mit dem Nabenelement 16 ist ein eine Verzahnung 18 aufweisendes elastisches Element 20 vorgesehen. Das elastische Element 20 ist in Form eines aus einem Kunststoffmaterial hergestellten Zahnringes ausgebildet, wobei das elastische Element 20 in einer an dem Nabenelement 16 angeordneten Aussparung 22 fixiert ist. Die Fixierung des elastischen Elements 20 in dem Nabenelement 16 erfolgt über einen Presssitz. Die Aussparung 22 ist in einem Teilbereich der Innenverzahnung 14 des Nabenelements 16 vorgesehen, wobei die Aussparung 22 in einem Randbereich der Innenverzahnung 14 des Nabenelements 16 vorgesehen ist. In einem hier nicht dargestellten unverspannten Zustand ist die Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 vorzugsweise genauso ausgeführt wie die Innenverzahnung 14 des Nabenelements, wobei die Umfangsfläche des elastischen Elements 20 größer ist als die Umfangsfläche der Aussparung 22. Bei der Montage des elastischen Elements 20 in der Aussparung 22 wird das elastische Element 20 in die Aussparung 22 eingepresst, wobei sich durch das Einpressen die Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 derart verjüngt, dass bei der anschließenden Montage des Wellenelements 12 die Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 in die Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 eingepresst wird. Zwischen dem elastischen Element 20 und dem Nabenelement 16 ist vorzugsweise ein Übermaß an einer Überdeckung vorgesehen, wodurch die Überdeckung der Presspassung zwischen dem elastischen Element 20 und dem Wellenelement 12 gesteuert werden kann. Bei der Verjüngung der Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 wird der Abstand zwischen den einzelnen Zähnen der Verzahnung 18 verringert, so dass der Abstand zwischen den Zähnen der Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 kleiner ist als die Breite eines Zahnes der Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12. Wird die Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 in die verjüngte Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 eingeführt, so wird diese dort verklemmt, wobei durch die Elastizität des elastischen Elements 20 die Zähne der Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 beim Einführen der Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 in einem gewissen Grad entsprechend verformt bzw. bewegt werden können. Aufgrund der Elastizität des elastischen Elements 20 kann der Abstand zwischen den Zähnen der Verzahnung 18 gerade soweit vergrößert werden, dass jeweils ein Zahn der Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 gerade in diesen Abstand hineinpasst.
In dem verspannten Zustand wird eine Relativbewegung zwischen dem elastischen Element 20 und dem Nabenelement 16 verhindert, da der zu überbrückende Winkel der Welle-Nabe-Verbindung zwischen dem Nabenelement 16 und dem Wellenelement 12 klein ist. Eine tangentiale Relativbewegung zwischen dem Nabenelement 16 und dem Wellenelement 12 wird durch die mögliche elastische Verformung im verzahnten elastischen Element 20 übertragen.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verspannsystem in einer vergrößerten Darstellung gezeigt, wobei hierbei das Eingreifen der Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 in die Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 deutlich erkennbar ist. Vorzugsweise sind die Zähne der Verzahnung 10 des Wellenelements 12 an ihrer Stirnseite 24 mit einer angeschrägten Phase ausgebildet, um das Einfädeln der Zähne der Verzahnung 18 des elastischen Elements 20 in den Spalt zwischen den Zähnen der Außenverzahnung 10 des Wellenelements 12 zu erleichtern.
Bezugszeichenliste

10: Außenverzahnung
12: Wellenelement
14: Innenverzahnung
16: Nabenelement
18: Verzahnung
20: elastisches Element
22: Aussparung
24: Stirnseite

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

WO 2007/000140 [0002]

Claims

Verspannsystem für eine Welle-Nabe-Verbindung, mit einem eine Außenverzahnung (10) aufweisenden Wellenelement (12) und einem eine Innenverzahnung (14) aufweisenden Nabenelement (16), dadurch gekennzeichnet, dass zum Verspannen des Wellenelements (12) mit dem Nabenelement (16) ein eine Verzahnung (18) aufweisendes elastisches Element (20) vorgesehen ist, wobei das elastische Element (20) in einem verspannten Zustand derart an dem Nabenelement (16) angeordnet ist, dass die Verzahnung (18) des elastischen Elements (20) in zumindest einen Teilbereich der Außenverzahnung (10) des Wellenelements mittels einer Presspassung eingreift, oder wobei das elastische Element (20) in einem verspannten Zustand derart an dem Wellenelement (12) angeordnet ist, dass die Verzahnung (18) des elastischen Elements (20) in zumindest einen Teilbereich der Innenverzahnung (14) des Nabenelements (16) mittels einer Presspassung eingreift.
Verspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (20) in einer in einem Bereich der Innenverzahnung (14) des Nabenelements (16) vorgesehenen Aussparung (22) oder in einer in einem Bereich der Außenverzahnung (10) des Wellenelements (12) vorgesehenen Aussparung (22) angeordnet ist.
Verspannsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (20) mittels eines Presssitzes in der Aussparung (22) fixiert ist.
Verspannsystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem unverspannten Zustand das elastische Element (20) eine größere Umfangsfläche aufweist als die Aussparung (22).
Verspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (20) als Zahnring ausgebildet ist.
Verspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (20) aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Drehmomentübertragungssystem, umfassend ein Massenschwungrad und eine Doppelkupplung, wobei zum Verbinden des Massenschwungrades mit der Doppelkupplung ein Verspannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist.