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Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung.
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Es ist allgemein bekannt, dass Welle-Nabe-Verbindung Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2012 022 308 A1 ist eine Wellen-Nabe-Verbindung bekannt, wobei eine umlaufende Ringnut axial zwischen zwei Verzahnungsabschnitten angeordnet ist.
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Aus der
DE 373 2223 A1 ist ein Presspassungsaufbau für eine Rotorwelle bekannt, bei der Spannuten vorgesehen sind.
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Aus der
US 2 372 485 A ist eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer umlaufenden Ringnut bekannt, die an ihrem axial vorderen Endbereich eine schärfere Kante aufweist als an ihrem axial hinteren Endbereich.
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Aus der
DE 959 337 B ist eine Buchse zum Einführen unter Presssitz in eine aufgeriebene Bohrung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung weiterzubilden, wobei ein einfaches Fügen der Verbindung erreichbar sein soll und ein Lösen der Verbindung verhinderbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Welle-Nabe-Verbindung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Welle-Nabe-Verbindung sind, dass ein Wellenteil mit einem Aufnahmeteil verbunden ist, insbesondere eingeführt und/oder eingefügt, ist,
wobei das Wellenteil außenverzahnt ist und in einen zylindrischen Aufnahmebereich des Aufnahmeteils eingeführt und/oder eingefügt ist,
wobei das Wellenteil einen ringförmige Ausnehmung, insbesondere Ringnut, aufweist, die axial zwischen zwei Verzahnungsbereichen angeordnet ist,
wobei die ringförmige Ausnehmung an ihrem in Einführrichtung vorderen axialen Endbereich eine erste Kante und an ihrem in Einführrichtung hinteren axialen Endbereich eine zweite Kante aufweist,
wobei die zweite Kante scharfkantiger ist als die erste Kante.
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Von Vorteil ist dabei, dass das Aufnahmeteil auf das Wellenteil aufschiebbar ist, bis das Wellenteil mit seinem axialen Ende am Boden des Sackloch-artig ausgeführten Aufnahmebereichs anschlägt. Ein Abziehen in umgekehrter Richtung, also Abziehrichtung ist schwer ausführbar, weil die scharfe Kante in Materialerhebungen axial einsticht, welche sich nach radial innen erheben und in demjenigen axialen Beriech angeordnet sind, welcher von der ringförmigen Ausnehmung des Wellenteils abgedeckt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Aufnahmeteil aus einem weicheren Material als das Wellenteil gefertigt,
insbesondere wobei das Aufnahmeteil aus Kunststoff und das Wellenteil aus Metall, wie Aluminium, einer Aluminium-Legierung oder einem Stahl, gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass beim Aufschieben die Verzahnung des Wellenteils sich in das Material des Aufnahmeteils eindrückt. Das mit mechanischem Druck in den genannten axialen Bereich sich hinein entspannende Material bildet nach radial innen gerichtete Erhebungen, an denen die schärfere Kante, also die zweite Kante, anliegt, und somit in axialer Richtung nicht herausziehbar ist, wenn keine Späne gebildet werden sollen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser eines der beiden oder beider Verzahnungsbereiche größer als der Innendurchmesser des zylindrisch ausgeführten Aufnahmebereichs,
insbesondere so dass also eine nicht verschwindende Durchmesserdifferenz, also Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser, vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Zahnköpfe sich in das Material des Aufnahmebereichs eindrücken und somit dessen Material zumindest abschnittsweise plastisch verformen..
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt die ringförmige Ausnehmung einen Radialabstandsbereich, welcher überlappt mit dem von den Zahnlücken überdeckten Radialabstandsbereich,
insbesondere wobei die ringförmige Ausnehmung radial weiter nach innen sich erstreckt als die Zahnlücken der Verzahnungsbereiche. Von Vorteil ist dabei, dass genügend viel Freiraum für das Hineinfließen des Materials des Aufnahmeteils vorhanden ist. Außerdem ist ein geringerer Druckaufbau der beim Fügen gepressten Luft erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kantenwinkel der zweiten Kante kleiner als 110°, insbesondere kleiner als 90°,
und/oder
der Kantenwinkel der ersten Kante ist größer als 90°, insbesondere größer als 110°. Von Vorteil ist dabei, dass beim Einführen des Wellenteils die weniger scharfkantige Kante Material verdrängt und somit Spanbildung vermieden wird. Bei Abziehen des Aufnahmeteils vom Wellenteil, also in der umgekehrten Relativbewegungsrichtung, wird jedoch die scharfkantigere Kante wirksam und schneidet sich in nach radial innen gerichtete Erhebungen ein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Wellenteil, insbesondere ein Verzahnungsbereich des Wellenteils, an seinem dem Boden des sacklochartig ausgeführten Aufnahmebereichs zugewandten axialen Endbereich eine Fase, insbesondere eine in Umfangsrichtung umlaufende Fase auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Einfädeln des Wellenteils in den Aufnahmebereich ermöglicht wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der kleinste Krümmungsradius der zweiten Kante kleiner als der kleinste Krümmungsradius der ersten Kante. Von Vorteil ist dabei, dass die zweite Kante schärfer einwirkt auf das Material des Aufnahmeteils als die erste Kante.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verzahnungsbereiche mit derselben Verzahnung versehen,
insbesondere mit einer Verzahnung mit verschwindendem Schrägungswinkel,
insbesondere mit einer Evolventenverzahnung oder Rändelverzahnung. Von Vorteil ist dabei, dass die Verzahnungsbereiche in einem einzigen Arbeitsgang, in welchem die gesamte Verzahnung aufgebracht wird aufs Wellenteil, herstellbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kantenwinkel und/oder Krümmungsradien der Kanten derart gewählt, dass keine Spanbildung beim Herstellen der Welle-Nabe-Verbindung auftritt, insbesondere bei der ausgeführten Durchmesserdifferenz und Materialpaarung. Von Vorteil ist dabei, dass beim Einführen keine Spanbildung bewirkt ist und beim Abziehen die scharfe Kante sich in erhobenes Material eingräbt und somit ein abziehen nur mit Spanbildung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Material des Aufnahmeteils plastisch verformt, insbesondere im von dem von der ringförmigen Ausnehmung axial überdeckten axialen Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass in diesem Bereich Material sich nach radial innen erhebt und somit zusammen mit der scharfen Kante ein axiales Verschieben des Aufnahmeteils relativ zum Wellenteil verhindert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung dargestellt.
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In der 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt eines Ausschnitts aus 1 dargestellt.
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In der 3 ist die Welle-Nabe-Verbindung in Schrägansicht dargestellt.
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In der 4 ist das Wellenteil 1 in Seitenansicht dargestellt.
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In der 5 ist ein der 3 entsprechender Ausschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung dargestellt, wobei die Materialverformungen übertrieben dargestellt sind und der Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 2 nur als Hohlzylinder dargestellt ist.
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Wie in den Figuren gezeigt, weist die erfindungsgemäße Welle-Naben-Verbindung ein außenverzahntes Wellenteil 1 auf, das in einen zylindrischen Aufnahmebereich eines Aufnahmeteils 2 eingesteckt ist.
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Vorzugsweise ist das Wellenteil 1 aus einem härteren Material ausgeführt als das Aufnahmeteil 2. Das Wellenteil 1 ist beispielsweise aus Stahl oder Aluminium ausgeführt und das Aufnahmeteil 2 aus Kunststoff.
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Der verzahnte Bereich des Wellenteils 1 ist vorzugsweise geradverzahnt. Als Verzahnung ist eine Evolventenverzahnung, eine Rändelverzahnung oder andere Verzahnungen verwendbar.
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Der Aufnahmebereich im Aufnahmeteil 2 ist als Sackloch ausgeführt, wobei das Sackloch zylindrisch geformt ist.
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Der maximale Außendurchmesser des Wellenteils 1, also der größte Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung des Wellenteils 1, ist größer als der Innendurchmesser des Aufnahmebereichs im Aufnahmeteil 2.
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Beim Einführen des Wellenteils 1 in einen Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 2 drücken die Zahnköpfe Material des Aufnahmeteil 2 weg. Dabei ist allerdings die genannte Durchmesserdifferenz derart klein, dass nur plastische Verformung des Materials auftritt und keine Spanbildung. Am Wellenteil ist eine ringförmige Ausnehmung, insbesondere Ringnut, vorgesehen, die den Verzahnungsbereich in einen in Einführrichtung, also in axialer Richtung, vorderen Verzahnungsabschnitt 40 und in einen in Einführrichtung, also in axialer Richtung, hinteren Verzahnungsabschnitt 41 unterteilt. Die ringförmige Ausnehmung ist also axial zwischen den beiden Verzahnungsabschnitten (40, 41) angeordnet.
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Um die Spanbildung beim Einführen des Wellenteils 1 in den Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 2 insbesondere im Bereich der ringförmigen Ausnehmung zu verhindern, ist die in Einführrichtung hintere Kante 5 nicht scharfkantig sondern mit einem Kantenwinkel von mehr als 90°, insbesondere von mehr als 110° ausgeführt. Die andere Kante 4, also die in Einführrichtung vordere Kante 4, ist mit einem Kantenwinkel von weniger als 110°, insbesondere sogar von weniger als 90°, ausgeführt und somit scharfkantig.
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Somit sind die Kanten 4 und 5 derart ausgeführt, insbesondere also die Kantenwinkel der Kanten 4 und 5 derart ausgeführt, und die Durchmesserdifferenz derart ausgeführt, dass bei den verwendeten Materialien im Aufnahmeteil keine Spanbildung beim Einführen auftritt. Jedoch ist bei einem nachfolgenden etwaigen Herausziehen des Wellenteils 1 aus dem Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 2 das Herausziehen durch die scharfe Kante, also die vordere Kante 4 verhindert. Denn diese greift dann scharfkantig in das in der ringförmigen Ausnehmung sich hinein aufgewölbte, entspannte Material, also die Erhebung 6, ein. Nur unter Spanbildung wäre also dieses Herausziehen ermöglicht.
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Insgesamt ist also ein Einführen mit wenig Kraftaufwand und ein Herausziehen des Wellenteils 1 mit höherem Kraftaufwand als beim Einführen realisiert.
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Beim und nach dem Einführen des Wellenteils 1 in den Aufnahmebereich fließt das plastisch verformte und von den Zahnköpfen mechanisch gespannte Material zumindest teilweise in den Oberflächenbereich des Wellenteils 1, welcher im von der ringförmigen Ausnehmung überdeckten axialen Bereich angeordnet ist, und bildet die genannte Erhebung 6, also einen radial heraus erhobenen Bereich.
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Somit ist der vor dem Einführen zylindrische Aufnahmebereich nach dem Einführen nicht mehr exakt zylindrisch, insbesondere auch nicht im genannten von der ringförmigen Ausnehmung axial überdeckten Oberflächenbereich des Wellenteils 1.
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Das beim Einführen von der weniger scharfkantigen der beiden Kanten (4, 5) verdrängte, insbesondere plastisch verformte Material, verfließt zumindest teilweise in denjenigen axialen Bereich des Wellenteils 1, welcher in dem von der ringförmigen Ausnehmung überdeckten axialen Bereich sich befindet, nachdem das Wellenteil 1 am Boden des Sackloch-artigen Aufnahmebereichs anliegt, also auf Anschlag eingeschoben ist.
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Die Verzahnung der Verzahnungsabschnitte (40, 41) ist als Rändel-Verzahnung oder als Evolventenverzahnung ausführbar. Aber auch eine Zykloidenverzahnung ist einsetzbar. Vorzugsweise weist die Verzahnung einen verschwindenden Schrägungswinkel auf.
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Die ringförmige Ausnehmung 3 ist in Umfangsrichtung ununterbrochen umlaufend ausgeführt. Die axiale Ausdehnung der ringförmigen Ausnehmung 3 ist kleiner, insbesondere mindestens zehnmal kleiner, als die axiale Ausdehnung des jeweiligen Verzahnungsabschnitts (40, 41).
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Das Wellenteil, insbesondere der in Einführungsrichtung vordere Verzahnungsabschnitt 40, weist eine Fase auf an seinem dem Boden des Sackloch-artig ausgeführten Aufnahmebereichs zugewandten axialen Endbereich. Auf diese Weise ist das Aufnahmeteil 2, also beispielsweise Nabe, auf das Wellenteil 1 in einfacher Weise einfädelbar. Die Fase wirkt dabei einerseits als Zentrierschräge und andererseits ist durch die in den Verzahnungsabschnitt 40 sich erstreckende Fase ein weniger scharfkantiger Kantenwinkel des axialen Endbereichs des Zahnkopfes, also des dem Boden des Sackloch-artig ausgeführten Aufnahmebereichs zugewandten axialen Endbereichs des jeweiligen Zahnkopfes des Verzahnungsabschnitts, realisiert und somit eine Spanbildung beim Einführen verhindert.
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Das Aufnahmeteil 2 ist als Drehknopf ausführbar, welcher auf das Wellenteil 1 aufsteckbar ist und somit durch die in das Material des Aufnahmeteils 1 eingedrückten Zahnköpfe der Verzahnungsberieche (40, 41) drehfest verbunden ist, insbesondere also in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden ist. In axialer Richtung ist das Wellenteil durch den Boden des Sackloch-artigen Aufnahmebereichs begrenzt, also durch den Boden der nicht durch das Aufnahmeteil 2 durchgehenden als Aufnahmebereich wirksamen Ausnehmung im Aufnahmeteil 2.
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Statt als Drehknopf ist das Aufnahmeteil aber auch als andersartige Nabe ausführbar.
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Vorzugsweise ist das Material des Wellenteils 1 aus härterem Material als das Material des Aufnahmeteils 2.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der weniger scharfkantigen Kante 4 eine abgerundet ausgeführte Kante verwendet. Dabei ist der Krümmungsradius in der Kante, also der kleinste Krümmungsradius der Kante, größer als der kleinste Krümmungsradius der scharfkantigeren Kante 5. Die jeweils kleinsten Krümmungsradien sind derart ausgeführt, dass bei der realisierten Durchmesserdifferenz zwischen dem Innendurchmesser des Aufnahmebereichs und dem größten Außendurchmesser der Verzahnungsbereiche und bei den gewählten Materialien keine Spanbildung beim Einführen des Wellenteils 1 in den Aufnahmebereich des Aufnahmeteils 2 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenteil
- 2
- Aufnahmeteil
- 3
- Einschnitt, insbesondere Ringnut
- 4
- in Einschieberichtung vordere Kante, insbesondere erste Kante
- 5
- in Einschieberichtung hintere Kante, insbesondere zweite Kante
- 6
- erhobener Oberflächenbereich
- 40
- in Einschieberichtung vorderer Verzahnungsabschnitt
- 41
- in Einschieberichtung hinterer Verzahnungsabschnitt
- 50
- Abziehrichtung, also zur Einschieberichtung entgegengesetzte Richtung
- 51
- Bereich der Materialverdichtung
