DE102013211936A1

DE102013211936A1 - Welle-Nabe-Verbindung

Info

Publication number: DE102013211936A1
Application number: DE102013211936.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Dolderer; Christoph Steinmetz
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung (1) mit einer eine Mehrkantaußenkontur (3) aufweisenden Welle (2) und einer eine komplementär dazu ausgebildete Mehrkantinnenkontur (5) aufweisenden Nabe (4), so dass die Welle (2) mit der Mehrkantaußenkontur (3) in die Mehrkantinnenkontur (5) der Nabe (4) einsteckbar ist, wobei zumindest ein Einlegeteil (6) vorgesehen ist, welches bei geschlossener Welle-Nabe-Verbindung (1) zwischen der Mehrkantaußenkontur (3) der Welle (2) und der Mehrkantinnenkontur (5) der Nabe (4) angeordnet ist und welches zumindest einen federnden Abschnitt (7) aufweist, mittels welchem es die Welle (2) in der Nabe (4) verspannt und zumindest geringe Fertigungs- und/oder Ausrichttoleranzen auszugleichen vermag.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer eine Mehrkantaußenkontur aufweisenden Welle und einer eine komplementär dazu ausgebildeten Mehrkantinnenkontur aufweisenden Nabe.
Wellen, insbesondere Nockenwellen, treiben oft noch Nebenaggregate, wie beispielsweise Pumpen, an. Dies kann entweder über eine auf der Nockenwelle angebrachte Pumpennocke erfolgen oder durch eine direkte Übertragung der Drehbewegung der Welle an das Aggregat. Hierfür muss jedoch eine Kupplungseinrichtung eingesetzt werden, die eine Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Nebenaggregat herstellt. Da das Nebenaggregat in der Regel separat zur Nockenwelle in den Zylinderkopf eingebaut wird, ist es für die Montage vorteilhaft, eine Kupplungseinrichtung einzusetzen, die einen leichten Versatz zulässt. Im einfachsten Fall können hierfür sogenannte Oldham-Kupplungen oder aber gelenkartige Kupplungen zum Einsatz kommen. Sie sind jedoch meist aufwendig zu fertigen oder kompliziert zu montieren.
Aus der DE 10 2008 024 532 A1 ist eine Einrichtung zur antriebsseitigen Kupplung eines Nebenaggregats mit einer Welle einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei endseitig der Welle ein erstes Gelenk angeordnet ist, welches mit einem zweiten Gelenk am Nebenaggregat kuppelbar ist. Dadurch soll es möglich sein, zumindest geringe Exzentrizitäten und Winkelabweichungen der zu kuppelnden Komponenten zu kompensieren. Nachteilig hierbei ist jedoch wiederum die vergleichsweise teure Ausgestaltung derartiger gelenkiger Kupplungen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Welle-Nabe-Verbindung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen zumindest geringen Toleranzausgleich hinsichtlich Achs- und/oder Winkelabweichungen zwischen Welle und Nabe ermöglicht und zudem konstruktiv einfach ausgebildet und kostengünstig herzustellen ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Welle-Nabe-Verbindung durch eine Mehrkantkupplung zu realisieren, die zudem ein federndes Einlegeteil besitzt, wodurch ein zumindest geringfügiger Ausgleich von Fertigungstoleranzen bzw. Lage- und Winkelabweichungen möglich ist. Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung besitzt dazu eine Welle mit einer Mehrkantaußenkontur sowie eine zugehörige Nabe mit einer komplementär dazu ausgebildeten Mehrkantinnenkontur, so dass die Welle mit der Mehrkantaußenkontur in die Mehrkantinnenkontur der Nabe einsteckbar ist. Erfindungsgemäß ist zudem zumindest ein Einlegeteil in der Art eines Adapters vorgesehen, das bei geschlossener Welle-Nabe-Verbindung zwischen der Mehrkantaußenkontur der Welle und der Mehrkantinnenkontur der Nabe angeordnet ist und das zumindest einen federnden Abschnitt aufweist, mittels welchem es die Welle in der Nabe verspannt und dadurch zumindest geringfügige Fertigungs- und/oder Ausrichttoleranzen auszugleichen vermag. Das Einlegeteil kann dabei als kostengünstiges und einfach zu fertigendes Blechstanzteil ausgebildet sein und einfach auf die Mehrkantaußenkontur der Welle aufgesteckt werden, bevor die Welle in die Mehrkantinnenkontur der Nabe eingeschoben wird. Ein Fügen der Welle-Nabe-Verbindung ist somit vergleichsweise einfach möglich. Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung ein aufwendiges Vorausrichten der Welle und der Nabe zueinander entfallen, wodurch ein besonderer Vorteil im Hinblick auf aus dem Stand der Technik bekannten Oldham-Kupplungen erzielt werden kann, bei welchen die Welle bzw. Nabe aufwendig zueinander ausgerichtet werden muss. Durch die nahezu formschlüssig ineinander greifende Mehrkantaußenkontur und Mehrkantinnenkontur ist auch eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit gewährleistet.
Zweckmäßig ist die Mehrkantaußenkontur als Außensechskant, Außenachtkant oder Außenzehnkant ausgebildet, wogegen die Mehrkantinnenkontur als komplementärer Innensechskant, Innenachtkant oder Innenzehnkant ausgebildet ist. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Ausbildung der Mehrkantinnenkontur bzw. der komplementär dazu ausgebildeten Mehrkantaußenkontur bestehen. Selbstverständlich sind auch weitere von einer kreisrunden Form abweichende Konturen denkbar, die formschlüssig ineinander greifen und dadurch Drehmomente übertragen können.
Zweckmäßig weist das Einlegeteil einen Axialanschlag auf, der ein Einschieben auf den Außenmehrkant der Welle begrenzt. Ein derartiger Axialanschlag kann beispielsweise in der Art eines Bodens ausgebildet sein, so dass in diesem Fall das Einlegeteil eine im Wesentlichen topfförmige Gestalt aufweist, wobei selbstverständlich auch eine Art nach innen ragender Ringkragen denkbar ist. Ein derartiger Axialanschlag erleichtert die Montage des Einlegeteils auf der Welle und sichert zudem dessen richtige Lage. Darüber hinaus kann das Einlegeteil zumindest eine Schnappnase aufweisen, über welche es in eine entsprechend vertiefte Kontur an der Welle bzw. der Nabe eingreift. Eine derartige Schnappnase, welche generell als Rastkontur ausgebildet sein kann, bietet einen haptischen Hinweis, sofern das Einlegeteil seine vordefinierte Einbaulage erreicht hat. In dieser vordefinierten Einbaulage schnappt die Schnappnase bzw. die Rastkontur in die entsprechend vertiefte Kontur an der Welle bzw. der Nabe ein. Eine derartige Rast- bzw. Gegenrastkontur dient darüber hinaus als Verliersicherung, so dass das Einlegeteil auch bei einem Lösen der Welle-Nabe-Verbindung nicht oder nicht ohne weiteres verloren geht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist das Einlegeteil als umgeformtes Blechstanzteil ausgebildet und kann zudem einstückig hergestellt werden. Die Herstellung als einstückiges und umgeformtes Blechstanzteil ermöglicht eine vergleichsweise kostengünstige und trotzdem qualitativ hochwertige Herstellung des Einlegeteils.
Zweckmäßig ist der zumindest eine federnde Abschnitt ballig ausgebildet. Ein derartig federnder Abschnitt kann somit in der Art einer Fassdaube ausgebildet sein, wobei die ballige Form sich in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung erstrecken kann. Die ballige Ausbildung des zumindest einen federnden Abschnitts bewirkt dabei, dass sich der federnde Abschnitt mit einem Mittelteil beispielsweise an der Mehrkantinnenkontur der Nabe abstützt, wogegen er mit zwei Randabschnitten gegen die Mehrkantaußenkontur der Welle vorgespannt ist. Insgesamt kann dadurch eine vorgespannte Welle-Nabe-Verbindung erreicht werden, wobei über die federnden Abschnitte ein zumindest gewisser Toleranzausgleich von Fertigungstoleranzen und/oder Einbautoleranzen möglich ist, welcher die Montage der Welle-Nabe-Verbindung erheblich vereinfacht.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung in einer Explosionsdarstellung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein Einlegeteil gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine Längsschnittdarstellung durch die geschlossene Welle-Nabe-Verbindung gemäß der 1,
4 eine Darstellung wie in 3, jedoch bei einer Querschnittsdarstellung,
5 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einem anderen Einlegeteil,
6 eine Detaildarstellung des Einlegeteils gemäß der in der 5 gezeigten Welle-Nabe-Verbindung,
7 eine weitere Ansicht auf das gemäß den 5 und 6 gezeigte Einlegeteil,
8 eine Frontalansicht auf das Einlegeteil.
Entsprechend den 1 sowie 3 bis 5, weist eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 eine Welle 2 mit einer Mehrkantaußenkontur 3 sowie eine komplementär dazu ausgebildete Nabe 4 mit einer Mehrkantinnenkontur 5 auf. Die Welle 2 kann beispielsweise als Nockenwelle ausgebildet sein, wogegen die Nabe 4 zu einem von der Nockenwelle antreibbaren Nebenaggregat gehört. Über die Mehrkantaußenkontur 3 ist die Welle 2 in die Mehrkantinnenkontur 5 der Nabe 4 einsteckbar. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus ein Einlegeteil 6 vorgesehen, das bei geschlossener Welle-Nabe-Verbindung 1 zwischen der Mehrkantaußenkontur 3 der Welle 2 und der Mehrkantinnenkontur 5 der Nabe 4 angeordnet ist und welches zumindest einen federnden Abschnitt 7 aufweist, mittels welchem es die Welle 2 in der Nabe 4 verspannt und zumindest geringe Fertigungs- und/oder Ausrichttoleranzen auszugleichen vermag.
Betrachtet man die Darstellung gemäß den 1 und 5, so kann man erkennen, dass die Mehrkantaußenkontur 3 der Welle 2 sowie die zugehörige Mehrkantinnenkontur 5 der Nabe 4 als Außenacht- bzw. als Innenachtkant ausgebildet ist. Selbstverständlich ist auch eine Ausbildung der Mehrkantaußenkontur 3 bzw. der komplementär dazu ausgebildeten Mehrkantinnenkontur 5 als Außen- bzw. Innensechskant oder Außen- bzw. Innenzehnkant denkbar. Generell sind sämtliche von einer Kreisform abweichenden Konturen denkbar, mittels welchem ein Drehmoment übertragbar ist.
Betrachtet man das Einlegeteil 6 gemäß den 1 bis 4, so kann man erkennen, dass dieses ringförmig ausgebildet ist und einen Axialanschlag 8 aufweist, der ein Aufschieben auf den Außenmehrkant 3 der Welle 2 begrenzt. Der Axialanschlag 8 ist dabei als radial nach innen ragender Kragen ausgebildet. Einen derartigen Axialanschlag 8 weist auch das Einlegeteil 6 gemäß den 5 bis 8 auf, wobei in diesem Fall der Axialanschlag 8 als geschlossener Boden 9 ausgebildet ist. Mittels des Axialanschlags 8 ist ein passgenaues Aufschieben des Einlegeteils 2 auf die Außenmehrkantkontur 3 der Welle 2 oder aber ein passgenaues Einschieben des Einlegeteils 6 in den Innenmehrkant 5 der Nabe 4 denkbar.
Betrachtet man die Einlegeteile 6 gemäß den 1 bis 8, so kann man erkennen, dass deren federnde Abschnitte 7 eine ballige Form aufweisen, wobei die ballige Form in Axialrichtung 10 und/oder in Umfangsrichtung 11 verlaufen kann. Aus der 4 kann man erkennen, dass bei den dort abgebildeten federnden Abschnitten 7 die Balligkeit in Umfangsrichtung verläuft.
Generell sind die federnden Abschnitte 7 im Einlegeteil 6 gemäß den 1 bis 4 in Umfangsrichtung miteinander verbunden, wohingegen sie bei dem Einlegeteil 6 gemäß den 5 bis 8 in Umfangsrichtung beabstandet zueinander in der Art von Fassdauben angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann das Einlegeteil 6 zumindest eine Schnappnase 12 aufweisen, über welche es in eine entsprechend vertiefte Kontur 13 an der Welle 2 oder der Nabe 4 eingreift und dadurch beispielsweise mit dieser verrastet. Generell können die Schnappnasen 12 natürlich jede gängige Form besitzen. Eine derartige Schnappnase 12 bzw. eine zugehörige vertiefte Kontur 13 sind somit generell als Rastkontur bzw. Gegenrastkontur ausgebildet und können insbesondere als Verliersicherung für das Einlegeteil 6 dienen.
Bei dem Einlegeteil 6 gemäß den 5 bis 8 stehen die einzelnen federnden Abschnitte 7 in Axialrichtung 10 vom Boden 9 ab, wobei sämtlichen Einlegeteilen 6 gemein ist, dass diese vorzugsweise einstückig ausgebildet sind. In einem besonders günstigen Fall sind diese als qualitativ hochwertiges aber einfach herzustellendes kostengünstig zu fertigendes Blechstanzteil ausgebildet, welches entsprechend umgeformt ist.
Mit der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 ist es möglich, insbesondere eine Nockenwelle mit einem von dieser angetriebenen Nebenaggregat einfach zu koppeln, ohne dass hierfür die Welle 2 bzw. das Nebenaggregat mit der Nabe 4 zunächst aufwendig zueinander ausgerichtet werden müssten. Das Einlegeteil 6 ermöglicht es, zumindest geringe Ausricht- und/oder Lageungenauigkeiten zu kompensieren.
Selbstverständlich ist auch eine Umkehr denkbar, so dass die Welle 2 eine Antriebswelle eines Nebenaggregats ist, insbesondere eine Pumpenwelle, wobei die Nabe 4 dann auf der Nockenwelle angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008024532 A1 [0003]

Claims

Welle-Nabe-Verbindung (1) mit einer eine Mehrkantaußenkontur (3) aufweisenden Welle (2) und einer eine komplementär dazu ausgebildete Mehrkantinnenkontur (5) aufweisenden Nabe (4), so dass die Welle (2) mit der Mehrkantaußenkontur (3) in die Mehrkantinnenkontur (5) der Nabe (4) einsteckbar ist, wobei zumindest ein Einlegeteil (6) vorgesehen ist, welches bei geschlossener Welle-Nabe-Verbindung (1) zwischen der Mehrkantaußenkontur (3) der Welle (2) und der Mehrkantinnenkontur (5) der Nabe (4) angeordnet ist und welches zumindest einen federnden Abschnitt (7) aufweist, mittels welchem es die Welle (2) in der Nabe (4) verspannt und zumindest geringe Fertigungs- und/oder Ausrichttoleranzen auszugleichen vermag.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkantaußenkontur (3) als Außensechskant, Außenachtkant oder Außenzehnkant ausgebildet ist, wogegen die Mehrkantinnenkontur (5) als komplementärer Innensechskant, Innenachtkant oder Innenzehnkant ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (6) einen Axialanschlag (8) aufweist, der ein Aufschieben auf den Außenmehrkant der Welle (2) begrenzt.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass das Einlegeteil (6) als umgeformtes Blechstanzteil ausgebildet ist, und/oder – dass das Einlegteil (6) einstückig ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine federnde Abschnitt (7) ballig ausgebildet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (6) zumindest eine Schnappnase (12) aufweist, über welche es in eine entsprechend vertiefte Kontur (13) an der Welle (2) oder der Nabe (4) eingreift.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (6) ringförmig ausgebildet ist oder einen Boden (9) aufweist, von welchem die einzelnen federnden Abschnitte (7) in Axialrichtung (10) abstehen.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass die Welle (2) eine Nockenwelle ist, wobei die Nabe (4) Bestandteil eines Nebenaggregats, insbesondere einer Pumpe, ist, oder – dass die Welle (2) eine Antriebswelle eines Nebenaggregats ist, insbesondere eine Pumpenwelle, wobei die Nabe (4) auf einer Nockenwelle angeordnet ist.
Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (6) gesintert ist.
Einlegeteil einer Welle-Nabe-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (6) gesintert ist und zumindest einen federnden Abschnitt (7) aufweist.