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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klemmung einer Nabe auf einer Welle mit einem Klemmring und einem Spannmittel nach dem Hauptanspruch 1 sowie eine Verwendung der Vorrichtung nach dem nebengeordneten Anspruch.
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Stand der Technik
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Die Verbindung einer Welle eines Motors mit einer Antriebswelle eines Getriebes muss verschiedenen Anforderungen genügen. So muss ein bestimmtes Drehmoment ohne Schlupf sicher übertragen werden, wobei keine Umformungen der Wellen entstehen sollten und außerdem die Verbindung lösbar sein sollte. Um Rundlauffehler von Ritzeln von Planetengetrieben mit nur einem Antriebslager infolge eines Anziehens einer Klemmung einer Steckhülse auf einer Welle eines Motors so gering wie möglich zu halten, wurden bisher für hoch genaue Antriebe zweiteilige Steckhülsen verwendet. Dabei wird ein dünnwandiger, rohrförmiger Teil der Antriebswelle des Getriebes, auch als Steckhülse bezeichnet, mit Hilfe eines radial geschlitzten Klemmrings und einer tangential angeordneten Schraube auf die Welle des Motors geklemmt.
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Dennoch kommt es zu Rundlauffehlern an der geklemmten Steckhülse, sodass eine gute Schmierung und eine hohe Qualität und Passgenauigkeit der Einzelteile erforderlich sind. Dies treibt die Herstellkosten in die Höhe.
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Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Klemmung einer Nabe auf einer Welle anzugeben, wobei die Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik verbessert sein soll. Beispielsweise sollen Herstellkosten gesenkt oder ein Rundlauf verbessert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach dem Anspruch 1 und einer Verwendung nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klemmung einer Nabe auf einer Welle mit einem Klemmring, einem in dem Klemmring angeordneten, radial verstellbaren Spannmittel zur Schaffung eines ersten Klemmpunktes zwischen dem Spannmittel und der Nabe, wobei an der Innenseite des Klemmrings und/oder an der Außenseite der Nabe zwei Ausformungen vorgesehen sind, so dass der Klemmring über zwei weitere Klemmpunkte an der Nabe anliegt.
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Ein weiterer Aspekt betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung in einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen zur Klemmung einer Nabe auf einer Welle, insbesondere einer Welle eines Motors.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine typische Ausführungsform in einem ersten Betriebszustand;
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2 zeigt den Querschnitt der Ausführungsform der 1 in einem zweiten Betriebszustand; und
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3 zeigt eine isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Beschreibung typischer Ausführungsformen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.
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In der 1 ist eine typische Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebszustand gezeigt. Bei diesem ersten Betriebszustand ist die Vorrichtung 1 ungespannt. In der 2 ist die Vorrichtung 1 in einem zweiten Betriebszustand gezeigt, wobei sie in diesem zweiten Betriebszustand gespannt ist. Dabei sind die in der 2 gezeigten Verformungen stark überhöht und übertrieben dargestellt, um die Verhältnisse bei der Verformung im gespannten Zustand besser kenntlich zu machen.
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Die Vorrichtung in der 1 umfasst einen Klemmring 3, welcher ein radial verstellbares Spannmittel 5 umfasst. Das radial verstellbare Spannmittel 5 ist im Fall der Ausführungsform, wie sie in der 1 gezeigt ist, in einer Öffnung 6 mit Innengewinde aufgenommen und als Schraube mit einem Innensechskant 7 zum Eingriff eines Werkzeugs zum Anziehen des Spannmittels 5 ausgeführt.
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Typische Ausführungsformen weisen ein Spannmittel in Form einer Schraube, beispielsweise mit Innensechskant, mit Innensechsrund oder als einfache Schlitzschraube ausgeführte Schrauben, auf. Weitere Spannmittel von Ausführungsformen umfassen Schnellspanner, beispielsweise von Hand bedienbare Schnellspanner.
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Klemmringe typischer Ausführungsformen sind ungeschlitzt ausgeführt. Ungeschlitzt bedeutet dabei typischerweise, dass der Klemmring umlaufend durchgängig ausgebildet ist, ohne dass ein den Klemmring vollständig durchgreifender radialer Schlitz vorhanden ist. Ungeschlitzte Ausführungsformen haben den Vorteil, dass sie besonders stabil sind und geringe Verformungen zeigen. Typische Klemmringe sind gelenkfrei ausgeführt. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Gelenk, beispielsweise in Form eines Teilschlitzes vorgesehen sein. Teilschlitze liegen typischerweise innerhalb des Begriffs „ungeschlitzt“. Bei einem Teilschlitz ist der Klemmring nicht ganz durchgeschlitzt, d.h. immer noch einteilig. Radiale Teilschlitze sind bei Ausführungsformen bspw. zur Schwächung eines einteiligen Klemmrings zur Ausprägung eines Gelenks vorhanden. Solche Teilschlitze können verwendet werden, um bspw. Verformungen in einem Gewinde des Klemmrings zu reduzieren. Ausführungsformen umfassen je einen Teilschlitz rechts und links von einem Gewinde zur Aufnahme einer Klemmschraube. Damit werden Verformungen im Gewinde reduziert. Weiterhin sind Teilschlitze bei Ausführungsformen vorgesehen, um einen Unwuchtausgleich zu erreichen. Eine gelenkfreie Ausführungsform, d. h. eine Ausführungsform ohne Teilschlitze und ohne Schlitze bietet den Vorteil, dass die Verformung des Klemmrings im gespannten Zustand gleichmäßig ist. Typische Ausführungsformen weisen einen einteiligen Klemmring auf. Einteilige Klemmringe bieten den Vorteil einer gleichmäßigen Verformbarkeit.
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Ungeschlitzte Klemmringe von typischen Ausführungsformen weisen über ihren Umfang eine im Wesentlichen gleichbleibende radiale Dicke auf. Dabei bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen“ typischerweise, dass die Dicke in radialer Richtung an jeder Stelle über den Umfang zwischen 50% und 100% oder zwischen 60% und 100% oder zwischen 70% und 100% oder 80% und 100% einer maximalen Dicke in radialer Richtung des Klemmrings liegt. Weiterhin sind von dem „im wesentlichen gleichmäßige Dicke“ auch Ausführungsformen mit Teilschlitz umfasst. Eine solche vergleichsweise konstante Dicke bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Verformung oder einer kompakten Bauweise.
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Die in der 1 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist geeignet, eine Nabe 9 auf einer Welle 11 zu klemmen.
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Bei typischen Ausführungsformen wird eine Nabe auf einer Welle mit Hilfe des Klemmrings geklemmt. Der Ausdruck Nabe umfasst hierin auch Steckhülsen oder Hohlwellen. Die Nabe kann als Hohlwelle oder als Steckhülse ausgeführt sein. Die geklemmte Nabe ist typischerweise ungeschlitzt. Typischerweise ist die Nabe in axialer Richtung über die Länge des Klemmrings zumindest zu 50%, typischerweise zumindest zu 80% oder vollständig ungeschlitzt. Ungeschlitzte Naben bieten den Vorteil, dass sie nicht ungleichmäßig verformt werden. Bei weiteren Ausführungsformen sind in Achsrichtung Schlitze vorgesehen, welche über zumindest einen Teil der Länge des Klemmrings verlaufen, beispielsweise um ein Aufstecken auf die Welle zu erleichtern. Die Welle ist typischerweise eine Welle, welche durch einen Motor angetrieben wird, beispielsweise die Antriebswelle eines Elektromotors.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die Nabe als Steckhülse ausgebildet. Bei weiteren Ausführungsformen ist die Nabe als Hohlwelle ausgebildet. Bei typischen Ausführungsformen bildet die Nabe einen Teil einer Eingangswelle eines Getriebes. Bei typischen Ausführungsformen ist die Nabe als Hülse ausgebildet und ist Teil einer Eingangswelle eines Planetengetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes mit nur einem Eingangslager. Solche Getriebe benötigen einen besonders guten Rundlauf auf der angetriebenen Seite. Bei weiteren Ausführungsformen ist die Hohlwelle mit einem Kegelradgetriebe oder einem Stirnradgetriebe verbunden, wobei die Hohlwelle in diesem Fall die Nabe darstellt.
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Bei typischen Ausführungsformen weist das Spannmittel ein Gewinde auf, mit welchem es mit dem Klemmring verbunden ist oder in Eingriff ist. Hierzu weist der Klemmring typischerweise ein in radialer Richtung ausgebildetes Innengewinde auf. Typischerweise ist bei Ausführungsformen ein Spannen des Klemmrings, also beispielsweise ein Überführen des Klemmrings von einem ungespannten ersten Betriebszustands zu einem gespannten zweiten Betriebszustand, ausschließlich mit dem Spannmittel möglich. Bei solchen Ausführungsformen stellt das eine Spannmittel das einzige Spannmittel dar, beispielsweise weist bei solchen Ausführungen der Klemmring lediglich eine Schraube zum Spannen des Klemmrings auf. Eine solche Ausführung bietet den Vorteil, dass ein definiertes Spannen des Klemmrings möglich ist. Typischerweise ist auch ein Fixieren des Klemmrings auf der Nabe ausschließlich mit dem Spannmittel möglich, d.h. es sind keine weiteren Fixier- oder andere Spannmittel als das eine Spannmittel vorhanden. Bei weiteren Ausführungsformen können zusätzliche Fixierungsmittel vorgesehen sein, beispielsweise um eine Montage zu erleichtern. Ausführungsformen, welche ausschließlich das Spannmittel zum Fixieren oder Spannen des Klemmrings aufweisen, bieten den Vorteil, dass eine Montage schnell erfolgen kann.
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Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel klemmt der Klemmring 3 mit dem Spannmittel 5 die Nabe 9 auf der Welle 11. In der 2 ist der geklemmte oder gespannte Zustand gezeigt, wobei die Nabe 9 an drei Klemmpunkten 21, 22 und 23 geklemmt wird. Der Begriff „Klemmpunkt“ ist in dieser Anmeldung allgemein dahin zu verstehen, dass eine Anlagefläche geschaffen wird, welche nicht notwendigerweise punktförmig oder kreisförmig ist. Vielmehr wird bei typischen Ausführungsformen die Berührungsfläche, welche einen „Klemmpunkt“ bildet, unregelmäßig sein. Der Ausdruck „Punkt“ wird verwendet, um klarzustellen, dass drei voneinander getrennte Bereiche bzw. Punkte vorhanden sind, an denen die Nabe geklemmt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 wird der erste Klemmpunkt 21 zwischen dem Spannmittel 5 und der Nabe 9 geschaffen. Die zwei weiteren Klemmpunkte 22 und 23 werden durch Ausformungen 25 und 26 des Klemmrings 3 geschaffen. Die Ausformungen 25 und 26 sind einstückig mit Klemmring 3 ausgebildet.
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Bei typischen Ausführungsformen wird ein erster Klemmpunkt zwischen dem Spannmittel und der Nabe geschaffen. Zwei weitere Klemmpunkte werden durch Ausformungen geschaffen. Typischerweise sind genau zwei Ausformungen vorgesehen. Typische Klemmringe umfassen exakt zwei Ausformungen, insbesondere, um exakt zwei Klemmpunkte zu schaffen. Genau zwei Ausformungen bieten den Vorteil, dass die Nabe insgesamt an genau drei Klemmpunkten, nämlich bei dem Spannmittel und den beiden Ausformungen geklemmt wird, sodass ein definierter Zustand erreicht wird. Bei weiteren Ausführungsformen sind mehr als zwei Ausformungen, beispielsweise drei Ausformungen oder vier Ausformungen vorgesehen.
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Dies bietet den Vorteil, dass über den gesamten Umfang mehr Klemmpunkte geschaffen werden. Eine Ausformung weist typischerweise eine Winkelbreite in Umfangsrichtung auf, welche zumindest 5° oder zumindest 10° oder zumindest 15° oder zumindest 30° breit ist. Eine breite Ausformung bietet den Vorteil, dass eine größere Anlagefläche an dem jeweiligen Klemmpunkt geschaffen wird, eine kleinere Ausformung bietet den Vorteil, dass ein genau definierter Kraftangriff erreicht wird.
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Bei der Ausführungsform der 1 und 2 sind die Ausformungen 25 und 26 an der Innenseite des Klemmrings 3 vorgesehen. Dabei bilden die Ausformungen 25 und 26 zusammen mit dem Spannmittel 5 die drei Klemmpunkte 21–23, wobei die Klemmpunkte 21–23 gleichmäßig über den Umfang des Klemmrings 3 oder den Umfang der Nabe 9 verteilt sind. Eine gleichmäßige Verteilung der Klemmpunkte 21–23 bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Verformung. Bei weiteren Ausführungsbeispielen beträgt der Abstand zwischen den Klemmpunkten 22 und 23 weniger als 120° oder mehr als 120°, beispielsweise um eine bestimmte Verformung oder Klemmung der Nabe zu erreichen. Die Klemmpunkte sind üblicherweise definiert als die Mittelpunkte der Ausformung oder des Spannmittels 5, jeweils in Umfangsrichtung betrachtet.
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Bei typischen Ausführungsformen sind die Ausformungen an der Innenseite des Klemmrings vorgesehen. Dies bietet den Vorteil, dass ein exakter Winkelabstand der Klemmpunkte, beispielsweise von den Ausformungen zu dem Spannmittel, welches typischerweise ebenfalls in dem Klemmring aufgenommen ist, bei der Montage zuverlässig eingehalten wird. Typischerweise ist der Außenumfang der Nabe kreisrund. Bei typischen Ausführungsbeispielen weist die Nabe ein gleichmäßige Form auf, beispielsweise ohne Öffnungen oder Einbuchtungen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Nabe beispielsweise eine Einbuchtung aufweisen, insbesondere zur definierten Aufnahme des Spannmittels oder als Kennmarke. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Ausformungen an der Außenseite der Nabe gebildet. Auf diese Weise werden die Klemmpunkte definiert, ohne dass Ausformungen an der Innenseite des Klemmrings zwingend notwendig sind.
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Typischerweise ist die Innenseite der Nabe oder die Außenseite der Welle kreisrund. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Welle eine D-Form aufweisen, wobei die Nabe ebenfalls eine entsprechende Form aufweist, um einen zusätzlichen Formschluss gegen ein Verdrehen der Welle gegenüber der Nabe zu schaffen. Eine kreisrunde Welle und eine kreisrunde Nabe bieten den Vorteil einer beliebigen Montage und eines geringeren Rundlauffehlers. Typischerweise wird die Position der Ausformungen, beispielsweise in einem 120°-Abstand oder in einem 110°-Abstand, gewählt, sodass sich eine gleichmäßige Verformung der Steckhülse bezüglich der Mittelachse ergibt. Dabei bezeichnet die Mittelachse typischerweise die Achse, in welcher das Spannmittel bewegbar ist. Auf diese Weise wird ein Rundlauffehler besonders effektiv vermieden. Bei typischen Ausführungsformen ist der Abstand zwischen den zwei weiteren Klemmpunkten kleiner als 120°, um Reibbewegungen aufgrund der elastischen Verformung und gleichmäßiger Materialbeulungen der Nabe nochmals zu senken. Allgemein sind bei Ausführungsformen der Erfindung die Anforderungen an die Passgenauigkeit des Klemmrings und der Nabe deutlich geringer als bei anderen Verbindungen.
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Aufgrund der geringeren zu überwindenden Reibkräfte zwischen Klemmring und Antriebswelle beim Schließen oder Anspannen der Verbindung führen gleiche Vorspannkräfte an dem Spannmittel zu höheren Klemmkräften und damit höheren übertragbaren Drehmomenten. Eine breite Ausgestaltung der Ausformungen in Umfangsrichtung, beispielsweise mit mehr als 5°, 10° oder mehr als 15° bietet den Vorteil, dass die maximal zulässige Pressung an der Verbindung zwischen Klemmring und Nabe nicht überschritten wird. Bei typischen Ausführungsformen weist die Kontaktfläche eines Klemmpunktes bei einem angespannten Zustand des Klemmrings eine maximale Breite in Umfangsrichtung von 45° auf, typischerweise maximal 40° oder maximal 35°. Ausformungen sind typischerweise geformt, um eine entsprechende Kontaktfläche in einem gespannten Zustand des Klemmrings zu erreichen. Dabei bezeichnet der gespannte Zustand des Klemmrings einen Zustand, bei welchem das Spannmittel gespannt ist, beispielsweise aufgrund eines Einschraubens gegen die Nabe drückt. Bei einem typischen gespannten Zustand ist das Spannmittel derart gespannt, dass es zu einer Flächenpressung entsprechend der Nennflächenpressung an dem Spannmittel oder an den Ausformungen kommt.
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Bei dem gespannten Zustand des Spannmittels oder des Klemmrings berühren sich der Klemmring oder das Spannmittel einerseits und die Nabe andererseits typischerweise ausschließlich an den Klemmpunkten. Auf diese Weise wird ein definierter Spannungszustand erreicht.
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Typische Ausführungsformen weisen Ausformungen auf, welche in radialer Richtung eine Ausdehnung von maximal 20%, typischerweise maximal 15% oder maximal 10% des Innendurchmessers des Klemmrings oder Nabe aufweisen. Dabei ist mit dem Ausdruck „Innendurchmesser“ des Klemmrings oder der Nabe jeweils der Durchmesser gemeint, welcher ohne die Ausformungen vorhanden wäre. Bei weiteren Ausführungsformen sind die Ausformungen größer oder haben eine größere Dicke, beispielsweise um einen größeren Abstand zwischen dem Klemmring und der Nabe zu schaffen. Eine geringe Dicke der Ausformungen bietet den Vorteil, dass eine schlanke Bauweise erreicht wird.
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In der 3 ist eine isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt, wobei eine Steckhülse als Nabe 9 vorgesehen ist, welche durch einen Klemmring 3 geklemmt wird. Die Nabe 9 des Ausführungsbeispiels der 3 weist drei Ausformungen 35, 36 und 37 auf. Die Ausformung 37 ist in der 3 durch die dargestellte Welle 11 verdeckt. Die Ausformung 37 ist bezüglich einer senkrechten Mittelebene durch die Nabe 9 spiegelbildlich zur Ausformung 36 ausgebildet.
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Die Ausformung 35 ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3 im Bereich eines in eine Öffnung 6 eingesetzten Spannmittels 5 vorgesehen. Die Ausformungen 36 und 37 sind außerhalb des Bereichs des Spannmittels 5 vorgesehen. Unter dem Begriff „Bereich des Spannmittels“ wird allgemein ein Winkelbereich von plus/minus 45° oder plus/minus 30° um das Spannmittel herum verstanden. Als Spannmittel 5 wird wiederum eine Schraube verwendet, welche im gespannten Zustand auf die Ausformung 35 der Nabe 9 drückt und so einen ersten Klemmpunkt definiert.
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Die Nabe 9 ist auf eine Welle 11 geklemmt, welche in der 3 abgeschnitten dargestellt ist. Mit der Steckhülse 9 kann ein Drehmoment von der Welle 11 in ein Planetengetriebe übertragen werden, wobei die Steckhülse 9 dann dazu dient, bei Planetengetrieben mit einem einfachen Eingangslager das Ritzel bzw. das Sonnenrad anzutreiben.
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Im Ausführungsbeispiel weist die Nabe drei Ausformungen auf. Zwei Ausformungen bilden dabei die Klemmpunkte in direkter Anlage mit dem Klemmring, die dritte Ausformung bildet den Klemmpunkt mit dem Spannelement. Es sind somit weiterhin drei Klemmpunkte vorhanden. Hierdurch tritt an den Klemmpunkten die geringste Reibung, ein definierter Spannungszustand und somit die größte Klemmkraft auf.
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In Ausführungsformen der Erfindung können zwei oder mehr Ausformungen an Nabe oder Klemmring vorgesehen werden. Dabei können diese auch ein Unrund bilden. Das Spannelement kann an einer Ausformung klemmen, die Ausformungen können jedoch auch versetzt zum Spannelement angeordnet sein. So können sich bei zum Beispiel drei Ausformungen vier Klemmpunkte ergeben.
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Bei Ausführungsformen der Erfindung wird mit der Form des Klemmrings oder den Ausformungen gezielt Einfluss genommen auf eine Auswuchtung der Nabe. Dies bietet den Vorteil, dass weniger Produktionsschritte erforderlich sind.
