DE102010047445A1

DE102010047445A1 - Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102010047445A1
Application number: DE102010047445A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Mende; Vassil Krastev
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Bei einer Anordnung zur Verbindung eines ersten um eine Drehachse rotierbaren Bauteils mit einer Außenkontur mit einem zweiten um die Drehachse rotierbaren Bauteil mit einer Innenkontur, insbesondere einer Welle mit einer Nabe, wird eine Verbindung bereitgestellt, die leicht zu montieren ist und die einfach zu fertigen ist, indem die Außenkontur und die Innenkontur unrunde Profile sind, wobei die Außenkontur und die Innenkontur in einer Montagestellung über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand zueinander aufweisen und in einer Funktionsstellung, bei der das erste Bauteil gegenüber der Montagestellung relativ zu dem zweiten Bauteil um einen Winkel gedreht ist, an mindestens zwei Kontaktstellen miteinander in Kontakt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung eines ersten um eine Drehachse rotierbaren Bauteils einer Außenkontur mit einem zweiten um die Drehachse rotierbaren Bauteil mit einer Innenkontur.
Ein Beispiel für die Verbindung eines ersten Bauteils mit einer Außenkontur und einem zweiten Bauteil mit einer Innenkontur ist die Verbindung einer Welle mit einer Nabe, wobei die Welle in eine entsprechende Öffnung der Nabe eingesteckt wird. Zur Verbindung einer Welle mit einer Nabe sind diverse form- oder reibschlüssige Verbindungsarten bekannt (siehe z. B. Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. Auflage, Kapitel „Mechanische Konstruktionselemente", Text zu Bild 49).
Eine Anordnung zur Verbindung eines ersten um eine Drehachse rotierbaren Bauteils einer Außenkontur mit einem zweiten um die Drehachse rotierbaren Bauteil mit einer Innenkontur vergleichbar einer Welle-Nabe-Verbindung liegt beispielsweise auch bei der Verbindung eines Sekundärflansches eines Zweimassenschwungrades mit dem Kupplungsgehäuse einer Kupplung vor, hier entspricht der Sekundärflansch der Nabe und das Kupplungsgehäuse einer einfachen Kupplung oder einer Doppelkupplung der Welle.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungen haben den Nachteil, dass entweder z. B. Keile oder Bolzen zu montieren sind, deren Flanken in Verbindung mit entsprechenden Nuten sowohl auf der Naben- als auch Wellenseite die Drehmomentübertragung herbeiführen, oder beispielsweise über polygonale Profile verwendet werden, bei denen entsprechend viele Flanken die Drehmomentübertragung bewirken, wobei bei Letzteren der Fertigungsaufwand insbesondere auf der Nabenseite sehr hoch ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer gattungsgemäßen Anordnung eine Verbindung, insbesondere Wellen-Naben-Verbindung, bereitzustellen, die leicht zu montieren ist und die einfacher zu fertigen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur Verbindung eines ersten um eine Drehachse rotierbaren Bauteils mit einer Außenkontur mit einem zweiten um die Drehachse rotierbaren Bauteil mit einer Öffnung mit einer Innenkontur, insbesondere einer Welle mit einer Nabe, wobei die Außenkontur und die Innenkontur unrunde Profile sind, wobei die Außenkontur und die Innenkontur in einer Montagestellung über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand zueinander aufweisen und in einer Funktionsstellung, bei der das erste Bauteil gegenüber der Montagestellung relativ zu dem zweiten Bauteil um einen Winkel gedreht ist, in mindestens zwei Kontaktbereichen miteinander in Kontakt sind. Unter einem unrunden Profil wird hier jedes Profil verstanden, das bei einer glatten Oberfläche von der Kreiskontur abweicht. Die Welle kann in der Montagestellung mit Spiel auf die Nabe aufgeschoben werden, wobei bei einer Drehmomentübertragung zwischen Welle und Nabe eine Relativverdrehung zwischen beiden stattfindet, sodass diese in der Funktionsstellung miteinander an zwei Flächen in Kontakt sind. Eine derartige Verbindung ist immer dann möglich, wenn die axiale Stellung von Welle und Nabe zueinander durch weitere konstruktive Mittel bewirkt wird, wenn also Welle und Nabe in Einbaulage axial zueinander festgelegt sind.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein Normalenwinkel zumindest in Teilen (Teilbereichen) des Kontaktbereichs gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Drehachse und Kontaktstelle kleiner als ein Selbsthemmungswinkel. In diesem Fall liegt eine Selbsthemmung der Kontaktflächen zwischen Welle und Nabe vor, eine Erhöhung des Drehmomentes, das zwischen beiden übertragen wird, bewirkt damit keine weitere Relativverdrehung, da die Anordnung ja selbsthemmend ist. Der Reibungswinkel ist der Grenzwinkel zwischen der resultierenden Kraftrichtung, mit der Kraft zwischen beiden Körpern übertragen wird, und der normalen Richtung der Kontaktfläche. Ist der Normalenwinkel der Kontaktstelle kleiner als der Reibungswinkel, so liegt Selbsthemmung vor.
Die Außenkontur der Welle und die Innenkontur der Nabe sind vorzugsweise Ellipsen, wobei die Hauptachse und die Nebenachse der Außenkontur größer sind als die Hauptachse und die Nebenachse der Innenkontur. Durch diese Wahl der Größenverhältnisse von Hauptachsen und Nebenachsen zueinander ist gewährleistet, dass in einer Stellung, nämlich der Montagestellung, sie über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand zueinander aufweisen.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Verbindung eines Flansches eines Zweimassenschwungrades mit einem Kupplungsgehäuse einer Kupplung, insbesondere einer Doppelkupplung, wobei die Außenkontur des Kupplungsgehäuses und die Innenkontur unrunde Profile sind, wobei die Außenkontur des Kupplungsgehäuses und die Innenkontur des Flansches jeweils in einem Verbindungsbereich beider miteinander in einer Montagestellung über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand zueinander aufweisen und in einer Funktionsstellung, bei der der Flansch gegenüber der Montagestellung relativ zu dem Kupplungsgehäuse um einen Winkel gedreht ist, in mindestens zwei Kontaktbereichen miteinander in Kontakt sind. Ein Normalenwinkel zumindest in Teilen (Teilbereichen) des Kontaktbereichs gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Drehachse und Kontaktstelle ist dabei vorzugsweise kleiner ist als ein Selbsthemmungswinkel. Die Außenkontur und die Innenkontur sind bevorzugt Ellipsen, wobei die Hauptachse und die Nebenachse der Außenkontur größer sind als die Hauptachse und die Nebenachse der Innenkontur.
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung im Schnitt in einem Montagezustand;
2 die Welle und die Nabe aus 1 einzeln im Schnitt;
3 das Ausführungsbeispiel der 1 im Schnitt in einem Funktionszustand;
4 einen Schnitt durch eine Doppelkupplung mit einer erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem Sekundärflansch eines Zweimassenschwungrades und dem Kupplungsgehäuse.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle/Nabe Verbindung im Schnitt in einem Montagezustand. Die 2a zeigt die Nabe aus 1 in einer Einzeldarstellung, die 2b zeigt die Welle aus 1 in einer Einzeldarstellung. Die Welle 1 und die Nabe 2 rotieren in Einbaulage um eine gemeinsame Drehachse 3. Die Nabe 2 weist eine Öffnung 4 zur Aufnahme der Welle 1 auf. Die Welle 1 und die Nabe 2 werden in axialer Richtung übereinander geschoben, sodass diese in einem Verbindungsbereich, der sich in axialer Richtung erstreckt, miteinander in Kontakt sind. Die Welle 1 weist in dem Bereich, in dem diese in die Nabe 2 eingesteckt ist, ein Wellenprofil 6 als Außenkontur auf, die Öffnung 4 der Nabe 2 weist in dem Bereich, in den die Welle 1 eingesteckt wird, ein Hohlprofil 5 als Innenkontur auf. Unter Profil wird hier die Außenkontur in einem Schnitt in radialer Richtung, wie diese in den 1 bis 3 dargestellt ist, verstanden. Das Hohlprofil 5 und das Wellenprofil 6 korrespondieren zueinander, wie nachfolgend dargestellt wird. Sowohl das Hohlprofil 5 als auch das Wellenprofil 6 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Ellipsen. Die Ellipse des Hohlprofils 5 ist gekennzeichnet durch eine Hauptachse A2 und eine Nebenachse B2. Dabei ist die Hauptachse A2 größer als die Nebenachse B2. Entsprechend ist das Wellenprofil 6 der Welle 1 gekennzeichnet durch eine Hauptachse A1 und eine Nebenachse B1.
In der in 1 dargestellten Stellung der Welle 1 gegenüber der Nabe 2 ist zwischen beiden umlaufend ein Spalt mit einem Spaltmaß s vorhanden. Das Spaltmaß s kann über den gesamten Umfang konstant sein, kann aber auch variabel sein. Die in 1 dargestellte Stellung der Welle 1 gegenüber der Nabe 2 wird als Montagestellung bezeichnet. Da hier umlaufend ein Spalt s zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 ist, können beide mit geringem Kraftaufwand in axialer Richtung auseinandergezogen oder ineinandergeschoben werden. Um einen Spalt s über den gesamten Umfang garantieren zu können, muss die Hauptachse A2 des Hohlprofils 5 größer sein als die Hauptachse A1 des Wellenprofils 6 und die Nebenachse B2 des Hohlprofils 5 muss größer sein als die Nebenachse B1 des Wellenprofils 6.
In 3 ist eine Funktionsstellung von Welle 1 und Nabe 2 dargestellt, bei der diese um einen Winkel α relativ zueinander verdreht sind. Dadurch wird der Spalt s in zwei Kontaktbereichen 7 überwunden, wobei außerhalb der Kontaktbereiche 7 ein Spalt s2 verbleibt. Der Winkelbereich, über den sich die Kontaktbereiche 7 erstrecken, hängt von der Geometrie der Ellipsen und dem Spaltmaß s ab. Die Geometrie der beiden Ellipsen des Hohlprofils 5 und des Wellenprofils 6 ist nun so gewählt, dass der Winkel β zwischen einer Geraden durch die Drehachse 5 und einer Normalen in einem beliebigen Kontaktpunkt des Kontaktbereichs 7 kleiner ist als der sogenannte Selbsthemmungswinkel (Reibungswinkel) zwischen den Materialpaarungen. Der Selbsthemmungswinkel ist der Grenzwinkel gegenüber einer in Normalen Richtung aufgebrachten Kraft, bei der die Haftreibung zwischen beiden Körpern gerade nicht überschritten wird.
4 zeigt am Beispiel einer Doppelkupplung eine erfindungsgemäße Verbindung zwischen einem Flansch einer Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrades und einem Kupplungsgehäuse. In 4 dargestellt ist eine Doppelkupplung 8 mit einem Zweimassenschwungrad 9. Das Zweimassenschwungrad 9 umfasst eine Primärmasse mit einem Primärflansch 10 und eine Sekundärmasse mit einem Sekundärflansch 11, wobei Primär- und Sekundärmasse über Bogenfedern miteinander gekoppelt sind. Ein derartiges Zweimassenschwungrad ist an sich bekannt. Die Doppelkupplung 8 umfasst eine für beide Kupplungen gemeinsame Gegendruckplatte 13, die fest mit einem Gehäuseflansch 12 verbunden ist. Die Doppelkupplung umfasst neben der genannten Gegendruckplatte 13 eine Druckplatte 14 der ersten Kupplung, welche eine reibschlüssige Verbindung mit einer ersten Kupplungsscheibe 15, die wiederum mit einer inneren Getriebeeingangswelle 16 verbunden ist, herstellen kann. Die Betätigung der ersten Kupplung erfolgt über eine erste Tellerfeder 17. Weitere Betätigungsmittel wie ein Ausrücklager, Ausrücker und dergleichen sind nicht dargestellt.
Entsprechend kann eine zweite Kupplungsscheibe 18, die mit einer äußeren Getriebeeingangswelle drehmomentsteif verbunden ist, mittels einer zweiten Druckplatte 20 reibschlüssig mit der Gegendruckplatte 13 verbunden werden. Die Betätigung der zweiten Druckplatte 20 erfolgt über eine zweite Tellerfeder 21. Auch hier sind weitere Betätigungsmittel wie ein Ausrücklager, Ausrücker und dergleichen nicht dargestellt.
Die zuvor beschriebene Doppelkupplung ist an sich bekannt, sodass auf deren Funktion nicht näher eingegangen wird.
Die anhand der 1 bis 3 beschriebene Welle-Nabe-Verbindung wird bei diesem Ausführungsbeispiel zur Verbindung des Sekundärflansches 11 mit dem Gehäuseflansch 12 des Kupplungsgehäuses verwendet. Statt eines Gehäuseflansches können hier auch andere Teile des Kupplungsgehäuses zur Kopplung mit dem Sekundärflansch des Zweimassenschwungrades verwendet werden. Der Sekundärflansch 11 entspricht hierbei der Nabe 2, der Gehäuseflansch 12 entspricht der Welle 1. Die Verbindung zwischen beiden erfolgt wie zuvor beschrieben mittels eines unrunden Wellenprofils des Gehäuseflansches 12 und eines unrunden Hohlprofils des Sekundärflansches 11.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Nabe
3: Drehachse
4: Öffnung
5: Hohlprofil
6: Wellenprofil
7: Kontaktbereich
8: Doppelkupplung
9: Zweimassenschwungrad
10: Primärflansch
11: Sekundärflansch
12: Gehäuseflansch
13: Gegendruckplatte
14: Druckplatte
15: erste Kupplungsscheibe
16: inneren Getriebeeingangswelle
17: erste Tellerfeder
18: zweite Kupplungsscheibe
19: äußere Getriebeeingangswelle
20: zweiten Druckplatte
21: zweite Tellerfeder

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 Nicht-Patentliteratur

Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. Auflage, Kapitel „Mechanische Konstruktionselemente”, Text zu Bild 49 [0002]

Claims

Anordnung zur Verbindung eines ersten um eine Drehachse rotierbaren Bauteils (1) mit einer Außenkontur (6) mit einem zweiten um die Drehachse rotierbaren Bauteil (2) mit einer Öffnung (4) mit einer Innenkontur (5), insbesondere einer Welle (1) mit einer Nabe (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (6) und die Innenkontur (5) unrunde Profile sind, wobei die Außenkontur (6) und die Innenkontur (5) in einer Montagestellung über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand (s) zueinander aufweisen und in einer Funktionsstellung, bei der das erste Bauteil (1) gegenüber der Montagestellung relativ zu dem zweiten Bauteil (2) um einen Winkel gedreht ist, in mindestens zwei Kontaktbereichen (7) miteinander in Kontakt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Normalenwinkel zumindest in Teilen des Kontaktbereichs gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Drehachse (3) und Kontaktbereich (7) kleiner ist als ein Selbsthemmungswinkel.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (6) und die Innenkontur (5) Ellipsen sind, wobei die Hauptachse (A1) und die Nebenachse (B1) der Außenkontur (6) größer sind als die Hauptachse (A2) und die Nebenachse (B2) der Innenkontur (5).
Verbindung eines Flansches (11) eines Zweimassenschwungrades (9) mit einem Kupplungsgehäuse (12) einer Kupplung, insbesondere einer Doppelkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Kupplungsgehäuses (12) und die Innenkontur des Flansches (11) unrunde Profile sind, wobei die Außenkontur des Kupplungsgehäuses (12) und die Innenkontur des Flansches (11) jeweils in einem Verbindungsbereich beider miteinander in einer Montagestellung über ihren gesamten Umfang einen Spaltabstand zueinander aufweisen und in einer Funktionsstellung, bei der der Flansch (11) gegenüber der Montagestellung relativ zu dem Kupplungsgehäuse (12) um einen Winkel gedreht ist, in mindestens zwei Kontaktbereichen miteinander in Kontakt sind.
Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Normalenwinkel zumindest in Teilen des Kontaktbereichs gegenüber einer Verbindungslinie zwischen Drehachse und Kontaktstelle kleiner ist als ein Selbsthemmungswinkel.
Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur und die Innenkontur Ellipsen sind, wobei die Hauptachse und die Nebenachse der Außenkontur größer sind als die Hauptachse und die Nebenachse der Innenkontur.