DE102020135165A1 - Presssitzverbindung für eine Welle - Google Patents

Presssitzverbindung für eine Welle Download PDF

Info

Publication number
DE102020135165A1
DE102020135165A1 DE102020135165.8A DE102020135165A DE102020135165A1 DE 102020135165 A1 DE102020135165 A1 DE 102020135165A1 DE 102020135165 A DE102020135165 A DE 102020135165A DE 102020135165 A1 DE102020135165 A1 DE 102020135165A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ring
fit connection
hub
component
press fit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020135165.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Matthias Geislinger
Christoph Sigle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geislinger Group GmbH
Original Assignee
Ellergon Antriebstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ellergon Antriebstechnik GmbH filed Critical Ellergon Antriebstechnik GmbH
Priority to DE102020135165.8A priority Critical patent/DE102020135165A1/de
Priority to EP21215331.6A priority patent/EP4023899B1/de
Priority to AU2021286413A priority patent/AU2021286413B2/en
Priority to US17/560,662 priority patent/US20220205488A1/en
Publication of DE102020135165A1 publication Critical patent/DE102020135165A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/068—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving gluing, welding or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/076—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end by clamping together two faces perpendicular to the axis of rotation, e.g. with bolted flanges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/0829—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial loading of both hub and shaft by an intermediate ring or sleeve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
    • F16C2202/02—Mechanical properties
    • F16C2202/06—Strength or rigidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2208/00—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers
    • F16C2208/02—Plastics; Synthetic resins, e.g. rubbers comprising fillers, fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2226/00—Joining parts; Fastening; Assembling or mounting parts
    • F16C2226/10—Force connections, e.g. clamping
    • F16C2226/12—Force connections, e.g. clamping by press-fit, e.g. plug-in
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/54—Surface roughness
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F16C3/023—Shafts; Axles made of several parts, e.g. by welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D2001/062—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end characterised by adaptors where hub bores being larger than the shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/09—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces
    • F16D2001/0903—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces the clamped shaft being hollow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/09—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces
    • F16D2001/0906—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces using a hydraulic fluid to clamp or disconnect, not provided for in F16D1/091
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0004—Materials; Production methods therefor metallic
    • F16D2200/0008—Ferro
    • F16D2200/0021—Steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/0034—Materials; Production methods therefor non-metallic
    • F16D2200/0052—Carbon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/006—Materials; Production methods therefor containing fibres or particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0061—Joining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

Eine Presssitzverbindung für eine Welle (10) umfasst eine Nabe (1) mit einer konischen Durchgangsöffnung (5) und eine Zwischenhülse (6) mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung (7) zur Anordnung auf der Welle (10) und einem konischen Außenumfang (8), wobei der Kegelwinkel des konischen Außenumfangs (8) dem Kegelwinkel der korrespondierenden konischen Durchgangsöffnung (5) der Nabe (1) entspricht. Die Nabe (1) ist ein Zweikomponentenbauteil mit einer ersten Komponente aus Stahl und einer zweiten Komponente aus faserverstärktem Kunststoff. Die zweite Komponente aus faserverstärktem Kunststoff ist als Ring (9) ausgebildet, der am Außenumfang eines die Zwischenhülse umgebenden Hülsenabschnitts (2) der ersten Komponente diesen Hülsenabschnitt (2) umgebend angeordnet ist. Der faserverstärkte Kunststoff weist einen höheren E-Modul als der Stahl der ersten Komponente auf.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Presssitzverbindung für eine Welle, umfassend eine Nabe mit einer konischen Durchgangsöffnung und eine Zwischenhülse mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung zur Anordnung auf der Welle und einem konischen Außenumfang, wobei der Kegelwinkel des konischen Außenumfangs dem Kegelwinkel der konischen Durchgangsöffnung der Nabe entspricht.
  • Eine solche Presssitzverbindung ist beispielsweise aus DE 196 35 542 C2 bekannt.
  • Herkömmliche Presssitzverbindungen, mit welchen beispielsweise ein Flansch an einer Welle befestigt werden kann, weisen aufgrund ihrer massiven Ausführung oftmals ein sehr hohes Bauteilgewicht auf.
  • In Antriebssträngen von Schiffen, bei der Energieerzeugung, in Großmaschinen und Industrieanlagen kommen heute oftmals Wellen aus Faserverbundwerkstoffen zum Einsatz, welche sich durch eine besonders geringe Masse auszeichnen. Es ist daher wenig wünschenswert, die mit großem Aufwand erzielten Gewichtsvorteile durch den Anbau schwere Einzelkomponenten zu verwässern.
  • Oftmals besteht die Aufgabe, eine leichtgewichtige Antriebswelle aus einem Faserverbundwerkstoff mit einer Stahlwelle zu koppeln. So wird beispielsweise im Antriebsstrang eines Schiffs der vom Motor kommende Antriebsstrang bevorzugt als Hohlwelle aus Faserverbundwerkstoff gefertigt, während die die Schiffsschraube tragende Welle aus Stahl gefertigt werden muss. Zur Kopplung mit der Hohlwelle aus Faserverbundwerkstoff wird an der Stahlwelle ein Flansch befestigt, welcher mit einem korrespondierenden Flansch der Hohlwelle verschraubt werden kann. Die Befestigung des Flanschs an der Stahlwelle soll mit einer Presssitzverbindung erfolgen, welche vorliegend einerseits möglichst leichtgewichtig ausgebildet sein soll, andererseits jedoch imstande sein muss, hohe Antriebsmomente zu übertragen.
  • Hierzu wird eine Presssitzverbindung für eine Welle gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Presssitzverbindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Nabe ein Zweikomponentenbauteil mit einer ersten Komponente aus Stahl und einer zweiten Komponente aus faserverstärktem Kunststoff ist, die zweite Komponente aus faserverstärktem Kunststoff als Ring ausgebildet ist, der am Außenumfang eines die Zwischenhülse umgebenden Hülsenabschnitts der ersten Komponente diesen Hülsenabschnitt umgebend angeordnet ist, und der faserverstärkte Kunststoff einen höheren E-Modul als der Stahl der ersten Komponente aufweist.
  • Durch die außenseitige Verstärkung des Hülsenabschnitts der Nabe mittels eines Rings aus faserverstärktem Kunststoff lassen sich bei gleichen Dimensionen deutlich höhere Steifigkeiten im Vergleich zu einem Stahlring erzeugen.
  • Aufgrund der geringeren spezifischen Dichte kann durch die Anordnung des Rings an der Außenseite des Hülsenabschnitts aus Stahl die radiale Steifigkeit im Bereich des Presssitzes bei deutlich reduziertem Gewicht erhöht werden.
  • Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
  • So kann beispielsweise der Hülsenabschnitt aus Stahl einen radial abgestuften Bereich aufweisen. Der Ring aus faserverstärktem Kunststoff ist in diesem Fall an dem abgestuften Bereich angeordnet und ersetzt gewissermaßen das Stahlmaterial der Abstufung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante entspricht die radiale Wanddicke des Rings aus faserverstärktem Kunststoff der Höhe der Abstufung des abgestuften Bereichs des Hülsenabschnitts. Hierdurch kann am Außenumfang ein glattflächiger Übergang zwischen Stahl und Faserverbundwerkstoff erzielt werden.
  • Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Wanddicke des Rings aus faserverstärktem Kunststoff zur Wanddicke des darunterliegenden Hülsenabschnitts 0,5 bis 2.
  • Der Ring kann prinzipiell aus um den Hülsenabschnitt gelegte Prepregs gefertigt werden. Im Hinblick auf eine optimale Ausnutzung der Fasern kommt jedoch vorzugsweise ein gewickelter Ring zum Einsatz, bei dem die Fasern in Umfangsrichtung des Rings gewickelt sind.
  • Der Ring kann zunächst als separates Bauteil hergestellt und anschließend an den Hülsenabschnitt befestigt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Faserwicklungen unmittelbar an dem Hülsenabschnitt der Nabe zu wickeln.
  • Im Hinblick auf den beabsichtigten Einsatzzweck sind die Fasern im Ring vorzugsweise Hochmodul-Kohlenstofffasern.
  • Bevorzugt kommen hierbei sogenannte Hochmodulfasern mit einem E-Modul größer als 370 GPa zum Einsatz.
  • Zur Sicherstellung eines Kraftschlusses bei der Übertragung hoher Drehmomente können im Kontaktbereich zwischen der konischen Durchgangsöffnung der Nabe und dem konischen Außenumfang der Zwischenhülse und/oder im Kontaktbereich zwischen dem zylindrischen Innenumfang der Zwischenhülse und der Welle Reibung erhöhende Maßnahmen ergriffen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann der konische Außenumfang der Zwischenhülse eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm aufweisen, um einen hohen Reibwert zur Nabe hin zu erreichen. Letztere weist an ihrer konischen Durchgangsöffnung eine geringere Härte als die korrespondierende Oberfläche der Zwischenhülse aus, so dass sich die gehärteten Mikroerhebungen und Vertiefungen am Außenumfang der Zwischenhülse in das Material der Nabe eingraben.
  • Alternativ oder ergänzend kann auch der zylindrische Innenumfang des Rings zur radialen Anlage gegen die Welle eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm aufweisen, so dass auch hier bei Verwendung einer weicheren Oberfläche an der Nabe ein sehr hoher Reibwert erzielt werden kann.
  • Zur Erleichterung der Montage ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante an der Zwischenhülse ein Verschlussstopfen befestigt, welcher eine zwischen der Nabe und der Zwischenhülse gebildete Kammer axial verschließt. Ferner ist an der Nabe mindestens ein Hydraulikanschluss vorgesehen, um die Kammer zum Aufpressen der Nabe auf die Zwischenhülse mit einem Hydraulikmedium zu beaufschlagen. Die Nabe kann somit hydraulisch axial auf die zuvor an der Welle angeordnete Zwischenhülse aufgepresst werden. Nach erfolgter Montage kann das Hydraulikmedium entfernt werden. Im Vergleich zu einem Aufpressen mittels einer Axialverschraubung können hierdurch die Nabe und die Zwischenhülse erheblich weniger massiv ausgebildet werden, was sich ebenfalls sehr vorteilhaft auf ein geringes Gesamtgewicht der Presssitzverbindung auswirkt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels für eine Presssitzverbindung nach der Erfindung.
  • Die in 1 gezeigte Presssitzverbindung dient beispielsweise der Befestigung eines Flansch 1, im Folgenden auch als Nabe 1 bezeichnet, an einer Welle 10. Die Welle 10 kann als Voll- oder Hohlwelle ausgeführt sein. Sie ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt. Der Flansch 1 kann beispielsweise an einen korrespondierenden Flansch einer Welle aus Faserverbundwerkstoff angeschlossen werden.
  • Die nachfolgend näher erläuterte Presssitzverbindung kann jedoch auch für andere Einsatzzwecke verwendet werden, insbesondere solche, bei welchen ein geringes Gewicht von großem Interesse ist.
  • Die Presssitzverbindung umfasst zunächst die bereits erwähnte Nabe 1. Diese Nabe 1 weist einen länglichen Hülsenabschnitt 2 und einen radial hiervon abstehenden Flanschabschnitt 3 auf. An dem Flansch können Befestigungsstrukturen wie beispielsweise Durchgangsöffnungen 4 zur Kopplung mit einem weiteren Bauteil vorgesehen sein. Durch die Nabe 1 erstreckt sich eine konische Durchgangsöffnung 5.
  • Weiterhin umfasst die Presssitzverbindung eine Zwischenhülse 6, welche sich im Einbauzustand zwischen der Nabe 1 und der Welle 10 befindet.
  • Die Zwischenhülse 6 weist eine zylindrische Durchgangsöffnung 7 zur Anordnung auf der Welle 10 sowie ferner einen konischen Außenumfang 8 zum Eingriff mit der konischen Durchgangsöffnung 5 der Nabe 1 auf.
  • Dabei entspricht der Kegelwinkel des konischen Außenumfangs 8 der Zwischenhülse 6 dem Kegelwinkel der konischen Durchgangsöffnung 5 der Nabe 1.
  • Vorliegend ist die Nabe 1 als ein Zweikomponentenbauteil mit einer ersten Komponente aus Stahl und einer zweiten Komponente aus faserverstärktem Kunststoff ausgeführt.
  • Die zweite Komponente aus faserverstärktem Kunststoff ist hierbei als Ring 9 ausgebildet, der am Außenumfang des Hülsenabschnitts 2 der ersten Komponente angeordnet ist. Der Ring 9 sitzt hierbei auf dem Außenumfang des Hülsenabschnitts 2 der ersten Komponente auf und umgibt diesen. Hierdurch wird die erste Komponente im Bereich der Aufnahme der Zwischenhülse 6 verstärkt. Zu diesem Zweck weist der faserverstärkte Kunststoff einen höheren E-Modul als der Stahl der ersten Komponente auf.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der Hülsenabschnitt 2 einen radial abgestuften Bereich 2a, während der Ring 9 aus faserverstärktem Kunststoff an dem abgestuften Bereich 2a angeordnet ist.
  • Im einfachsten Fall ist der Ring 9 in der Art einer zylindrischen Hülse ausgebildet. Dabei kann die radiale Wanddicke t des Rings 9 aus faserverstärktem Kunststoff der Höhe h der Abstufung des abgestuften Bereichs 2a des Hülsenabschnitts 2 entsprechen, wodurch sich idealerweise ein glattflächiger Übergang im Bereich des Hülsenabschnitts 2 zwischen Stahl- und Faserverbundwerkstoffkomponente ergibt. Jedoch kann an dieser Stelle auch eine Kante zugelassen werden.
  • Das Verhältnis der Wanddicke t des Rings 9 aus faserverstärktem Kunststoff zur Wanddicke s des darunterliegenden Hülsenabschnitts liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2.
  • Der Ring 9 kann auf unterschiedliche Weise hergestellt und an der ersten Komponente angebracht werden. So ist es möglich, diesen zunächst als separates Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen und den fertigen Ring 9 anschließend an der Stahlkomponente zu montieren. Hierzu können beispielsweise thermische Fügeverfahren zum Einsatz kommen. Weiterhin ist es möglich, dass Vormaterial für den Ring 9 unmittelbar an der Stahlkomponente zu applizieren und dort auszuhärten.
  • Zur Herstellung des Rings können sogenannte Prepregs zum Einsatz kommen. Eine flexiblere Materialauswahl gestattet jedoch ein individuelles Wickeln des Rings und das Hinzufügen des jeweils gewünschten Harzes zum aushärten.
  • Bei Verwendung von Prepregs können die Fasern als Gewebe oder Gelege vorliegen. Vorzugsweise kommen jedoch unidirektionale Schichten derart zum Einsatz, dass die Fasern in Umfangsrichtung um die Zwischenhülse 6 sowie um den abgestuften Bereich 2a des Hülsenabschnitts 2 herum verlaufend zu liegen kommen.
  • Im Fall einer Wicklung der Fasern werden diese in Umfangsrichtung des Rings 9, d.h. ebenfalls um die Zwischenhülse 6 sowie den abgestuften Bereich 2a des Hülsenabschnitts 2 herum verlaufend gewickelt.
  • Die Fasern des Faserverbundwerkstoffs weisen einen E-Modul größer 370 GPa auf.
  • Vorzugsweise kommen an dem Ring 9 Hochmodul-Kohlenstofffasern zum Einsatz.
  • Zur Erhöhung der Reibwerte im Presssitz und somit zu Steigerung der Drehmomentübertragungsfähigkeit können vorzugsweise an dem Zwischenring 6 reibungserhöhende Maßnahmen vorgenommen werden.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist hierzu der konische Außenumfang 8 des Zwischenrings 6 eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm auf. Die korrespondierende konische Durchgangsöffnung 5 weist eine geringere Härte auf, so dass sich die Mikroerhebungen am konischen Außenumfang 8 in dem weicheren Material der ersten Komponente der Nabe 1 verkrallen.
  • In gleicher Weise kann zur Erhöhung der Reibung zur Welle 10 hin der Innenumfang der zylindrischen Durchgangsöffnung 7 der Zwischenhülse 6 eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm aufweisen.
  • Die vorstehend erläuterte Presssitzverbindung wird vorzugsweise hydraulisch gefügt. Hierbei wird in einer Ausführungsart zunächst die Zwischenhülse 6 auf die Welle 10 aufgeschoben. Gegebenenfalls kann hierzu die Zwischenhülse 6 zunächst erwärmt werden. Anschließend erfolgt die Montage der Nabe 1 an derselben. Diese wird zunächst so weit als möglich axial auf die Zwischenhülse 6 aufgeschoben. Zur Ermöglichung einer hydraulischen Kraftaufbringung zwecks anschließenden Aufpressens ist an der Zwischenhülse 6 ein Verschlussstopfen 11 befestigt, welcher eine zwischen der Nabe 1 und der Zwischenhülse 6 gebildete Kammer 12 axial verschließt. Ferner ist an der Nabe 1 mindestens ein Hydraulikanschluss 13 vorgesehen, um die Kammer 12 zum Aufpressen der Nabe 1 auf die Zwischenhülse 6 mit einem Hydraulikmedium zu beaufschlagen. Letzteres wird nach erfolgter Montage wieder abgelassen.
  • Die vorstehend erläuterte Konfiguration ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen Einkomponenten-Naben aus Stahl eine deutliche Gewichtsersparnis.
  • Hierzu trägt ferner die hydraulische Montage bei, welche eine besonders kompakte Bauweise erlaubt.
  • Dies kann durch die erläuterten reibungserhöhenden Maßnahmen insbesondere an der Zwischenhülse 6 weiter gesteigert werden, da hierdurch hohe Momente kraftschlüssig übertragen werden können.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Varianten näher erläutert. Diese dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel und die erläuterten Varianten beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nabe
    2
    Hülsenabschnitt
    2a
    abgestufter Bereich
    3
    Flanschabschnitt
    4
    Befestigungsstruktur
    5
    konische Durchgangsöffnung
    6
    Zwischenhülse
    7
    zylindrische Durchgangsöffnung
    8
    konischer Außenumfang
    9
    Ring
    10
    Welle
    11
    Verschlussstopfen
    12
    Kammer
    13
    Hydraulikanschluss
    h
    Höhe der Abstufung
    s
    mittlere Wanddicke der ersten Komponente im abgestuften Bereich 2a
    t
    Wanddicke des Rings 9
  • 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
    • DE 19635542 C2 [0002]

Claims (10)

  1. Presssitzverbindung für eine Welle (10), umfassend eine Nabe (1) mit einer konischen Durchgangsöffnung (5), und eine Zwischenhülse (6) mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung (7) zur Anordnung auf der Welle (10) und einem konischen Außenumfang (8), wobei der Kegelwinkel des konischen Außenumfangs (8) dem Kegelwinkel der korrespondierenden konischen Durchgangsöffnung (5) der Nabe (1) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1) ein Zweikomponentenbauteil mit einer ersten Komponente aus Stahl und einer zweiten Komponente aus faserverstärktem Kunststoff ist, die zweite Komponente aus faserverstärktem Kunststoff als Ring (9) ausgebildet ist, der am Außenumfang eines die Zwischenhülse umgebenden Hülsenabschnitts (2) der ersten Komponente diesen Hülsenabschnitt (2) umgebend angeordnet ist, wobei der faserverstärkte Kunststoff einen höheren E-Modul als der Stahl der ersten Komponente aufweist.
  2. Presssitzverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenabschnitt (2) einen radial abgestuften Bereich (2a) aufweist und der Ring (9) aus faserverstärktem Kunststoff an dem abgestuften Bereich (2a) angeordnet ist.
  3. Presssitzverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Wanddicke (t) des Rings (9) aus faserverstärktem Kunststoff der Höhe der Abstufung (h) des abgestuften Bereichs (2a) entspricht.
  4. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Wanddicke (t) des Rings (9) aus faserverstärktem Kunststoff zur Wanddicke (s) des darunterliegenden Hülsenabschnitts (2) der ersten Komponente 0,5 bis 2 beträgt.
  5. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs in dem Ring (9) in Umfangsrichtung desselben gewickelt sind.
  6. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs in dem Ring (9) Hochmodul-Kohlenstofffasern sind.
  7. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs in dem Ring (9) einen E-Modul größer 370 GPa aufweisen.
  8. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Außenumfang (8) des Zwischenrings (6) eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm aufweist.
  9. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenumfang der zylindrischen Durchgangsöffnung (7) des Rings (9) zur radialen Anlage gegen die Welle eine gehärtete Oberflächenfeingestalt mit einer gemittelten Rauhtiefe Ra im Bereich von 1,5 bis 15 µm aufweist.
  10. Presssitzverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zwischenhülse (6) ein Verschlussstopfen (11) befestigt ist, welcher eine zwischen der Nabe (1) und der Zwischenhülse (6) gebildete Kammer (12) axial verschließt und dass an der Nabe (1) mindestens ein Hydraulikanschluss (13) vorgesehen ist, um die Kammer (12) zum Aufpressen der Nabe (1) auf die Zwischenhülse (6) mit einem Hydraulikmedium zu beaufschlagen.
DE102020135165.8A 2020-12-31 2020-12-31 Presssitzverbindung für eine Welle Pending DE102020135165A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020135165.8A DE102020135165A1 (de) 2020-12-31 2020-12-31 Presssitzverbindung für eine Welle
EP21215331.6A EP4023899B1 (de) 2020-12-31 2021-12-16 Presspassungsverbindung für eine welle
AU2021286413A AU2021286413B2 (en) 2020-12-31 2021-12-17 Interference fit connection for a shaft
US17/560,662 US20220205488A1 (en) 2020-12-31 2021-12-23 Interference fit connection for a shaft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020135165.8A DE102020135165A1 (de) 2020-12-31 2020-12-31 Presssitzverbindung für eine Welle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020135165A1 true DE102020135165A1 (de) 2022-06-30

Family

ID=78918726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020135165.8A Pending DE102020135165A1 (de) 2020-12-31 2020-12-31 Presssitzverbindung für eine Welle

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220205488A1 (de)
EP (1) EP4023899B1 (de)
AU (1) AU2021286413B2 (de)
DE (1) DE102020135165A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2601138A1 (de) 1976-01-14 1977-07-21 Muellenberg Ralph Spannsatz zur festlegung einer nabe auf einer welle
DE19635542C2 (de) 1996-09-02 1998-07-16 Kirschey Centa Antriebe Welle-Nabe-Verbindung
DE19828628C1 (de) 1998-06-26 2000-02-24 Peter Gmbh Schrumpfscheibe
DE102010037611A1 (de) 2010-09-17 2012-03-22 Ringfeder Power-Transmission Gmbh Schrumpfscheibe

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4800644A (en) * 1983-02-18 1989-01-31 Ralph Muellenberg Method for fastening or loosening a clamp unit
DE3305538C1 (de) * 1983-02-18 1984-10-11 Ralph 4048 Grevenbroich Müllenberg Spannsatz
DE3701876A1 (de) * 1987-01-23 1988-08-18 Ralph Muellenberg Konusspannanordnung
SE524691C2 (sv) * 2003-01-13 2004-09-14 Voith Turbo Safeset Ab Arrangemang vid en klämkoppling
FR2852369B1 (fr) * 2003-03-13 2006-01-06 Eurocopter France Systeme de bride d'accouplement pour arbre creux
GB2424464B (en) * 2005-03-22 2007-02-14 Crompton Technology Group Ltd Composite transmission shaft joint
ITBO20100125U1 (it) * 2010-11-25 2012-05-26 Compomac S P A Elemento calettatore
ES2437752T3 (es) * 2011-01-31 2014-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Dispositivo tensor para fijar un árbol hueco o buje sobre un árbol
DE102018206536B4 (de) * 2018-04-27 2024-05-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Welle-Nabeverbindung und Kraftfahrzeugwelle mit einer solchen Verbindung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2601138A1 (de) 1976-01-14 1977-07-21 Muellenberg Ralph Spannsatz zur festlegung einer nabe auf einer welle
DE19635542C2 (de) 1996-09-02 1998-07-16 Kirschey Centa Antriebe Welle-Nabe-Verbindung
DE19828628C1 (de) 1998-06-26 2000-02-24 Peter Gmbh Schrumpfscheibe
DE102010037611A1 (de) 2010-09-17 2012-03-22 Ringfeder Power-Transmission Gmbh Schrumpfscheibe

Also Published As

Publication number Publication date
EP4023899B1 (de) 2024-04-24
EP4023899A1 (de) 2022-07-06
AU2021286413B2 (en) 2024-03-21
AU2021286413A1 (en) 2022-07-14
EP4023899C0 (de) 2024-04-24
US20220205488A1 (en) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2184440B1 (de) Triebwerkswelle einer Gasturbine
DE2951629C2 (de) Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoff, mit verlorenem Dorn und festgewickelten Endstücken
DE102007024115B4 (de) Fliehkraftpendeleinrichtung
WO2012159711A1 (de) Planetengetriebe
EP0352502A1 (de) Bremsscheibe für Scheibenbremsen
EP0800007A2 (de) Gelenkwelle mit verstärktem Kunststoffrohr und mit einem endseitig drehfest verbundenen Gelenkanschlusskörper
DE4033592C2 (de)
DE102007053509A1 (de) Getrieberad und Getriebe
DE3228110A1 (de) Torsionswelle
DE102008018349A1 (de) Drehelastische Kupplung und Verfahren zum Herstellen derselben
EP1738088A1 (de) Kraftübertragungsaggregat mit gewelltem sicherungsring
DE102020135165A1 (de) Presssitzverbindung für eine Welle
DE10349783A1 (de) Radiallagerung für eine Antriebswelle von Fahrzeugen
WO2018036742A1 (de) Bremsscheibe mit einem dämpfungselement
EP2580488A1 (de) Welle-nabe-verbindung
DE102008042665A1 (de) Hydrodynamischer Drehmomentwandler
DE102014209169A1 (de) Vorrichtung zum Sichern eines Spannelements gegen ungewolltes Lösen
EP3346163A1 (de) Zahnrad sowie zahnradanordnung einer brennkraftmaschine
DE102018215297A1 (de) Verbundbremsscheibe für eine Fahrzeug-Scheibenbremse
EP2500588A1 (de) Lagerkonzept mit Wickelrohren
DE3621188C2 (de)
EP0985838B1 (de) Stützlager und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3710281B1 (de) Fahrzeugradanordnung und verfahren zur herstellung einer fahrzeugradanordnung
DE102017106875A1 (de) Windkraftanlage und Verfahren zu dessen Montage
DE102017209004B4 (de) Gleichlaufgelenk in Faserverbundbauweise

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GEISLINGER GROUP GMBH, AT

Free format text: FORMER OWNER: ELLERGON ANTRIEBSTECHNIK GESELLSCHAFT M.B.H., HALLWANG, AT