DE102020209660A1 - shaft-hub connection - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung (1) mit einer Welle (10) mit wenigstens einer Wellennut (10a), mit einer Nabe (11) mit wenigstens einer Nabennut (11 a) und mit wenigstens einer Passfeder (12), welche abschnittsweise von der Wellennut (10a) und abschnittsweise von der Nabennut (11 a) aufgenommen wird. Die Welle-Nabe-Verbindung (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) zumindest abschnittsweise ein Elastomerelement (12b) aufweist, welches sowohl abschnittsweise von der Wellennut (10a) als auch abschnittsweise von der Nabennut (11a) aufgenommen wird.The present invention relates to a shaft-hub connection (1) with a shaft (10) with at least one shaft groove (10a), with a hub (11) with at least one hub groove (11a) and with at least one feather key (12), which is received in sections by the shaft groove (10a) and in sections by the hub groove (11a). The shaft-hub connection (1) is characterized in that the feather key (12) has an elastomer element (12b) at least in sections, which is accommodated both in sections by the shaft groove (10a) and in sections by the hub groove (11a).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a shaft-hub connection according to the preamble of patent claim 1.

Zur rotatorischen Übertragung von Kräften bzw. von Drehmomenten können antriebsseitig oder abtriebsseitig Wellen eingesetzt werden, welche mit einem weiteren Maschinenelement wie zum Beispiel einem Zahnrad, einer Keilrippenscheibe oder dergleichen mit einem Maschinenelement wie zum Beispiel mit einem Zahnriemen, einem Keilriemen, einem weiteren Zahnrad oder dergleichen verbunden sind. Derartige Maschinenelemente können auch als Nabe bezeichnet werden.For the rotational transmission of forces or torques, shafts can be used on the input or output side, which are connected to another machine element such as a gear wheel, a V-ribbed pulley or the like to a machine element such as a toothed belt, a V-belt, another gear wheel or the like are connected. Such machine elements can also be referred to as a hub.

Die Nabe kann beispielsweise durch eine Flächenpressung mit der Welle feststehend verbunden sein. Hierbei wird ein über den Umfang aufgebrachter Kraftschluss zwischen Welle und Nabe als Wellenverbindung genutzt, indem die aufgebrachte Pressung und die hierdurch bewirkte Reibpaarung eine Relativbewegung zwischen Welle und Nabe in der Umfangsrichtung verhindern und hierdurch die Drehmomentübertragung ermöglichen kann.The hub can be fixedly connected to the shaft, for example by surface pressure. Here, a frictional connection applied over the circumference between shaft and hub is used as a shaft connection, in that the applied pressure and the friction pairing caused thereby prevent a relative movement between shaft and hub in the circumferential direction and thereby enable torque transmission.

Nachteilig ist hierbei, dass eine derartige kraftschlüssige Verbindung jedoch ihre Grenze hat, wenn ein maximal zulässiges Drehmoment als Maximallast überschritten wird. Dann kommt es „schlagartig“ zu einem Lösen der kraftschlüssigen Verbindung, welche in die Gleitreibung übergeht und somit eine Relativbewegung von Welle und Nabe zueinander ermöglicht. Dies führt zu einer starken Reduktion der dann über die Gleitreibung übertragbaren Drehmomente zwischen Welle und Nabe.The disadvantage here is that such a non-positive connection has its limits when a maximum permissible torque is exceeded as the maximum load. Then the non-positive connection is released "suddenly", which turns into sliding friction and thus enables a relative movement of shaft and hub to each other. This leads to a strong reduction in the torques that can then be transmitted between shaft and hub via sliding friction.

Eine alternative Möglichkeit der Kraft-/Drehmomentübertragung einer Welle-Nabe-Verbindung kann ein Formschluss zwischen Welle und Nabe mittels eines dritten Elements wie zum Beispiel einer Passfeder oder eines Scherstifts oder Bolzens sein. Die Passfeder ist üblicherweise ein massives, längliches Metallteil mit rechteckigem Querschnitt, welches in eine entsprechende Passfedernut in der Welle eingelegt wird und aus dieser radial hervorragt. Die zugehörige Nabe ist mit einer durchgehenden Nut versehen und wird zur Montage axial über die Passfeder geschoben. Die Passfeder wirkt durch Formschluss an ihren Flanken in der Umfangsrichtung als Mitnehmer und überträgt im Falle einer Antriebswelle das Drehmoment der Welle über die Nabe auf das anzutreibende Bauteil oder im Falle einer Abtriebswelle das Drehmoment des antreibenden Bauteils über die Nabe auf die anzutreibende Welle. In axialer Richtung kann die Nabe zur axialen Fixierung an der Wellenschulter zum Beispiel mittels Sicherungsring oder Nutmutter auf der Welle gegen Verschieben gesichert werden.An alternative possibility of power/torque transmission of a shaft-hub connection can be a form fit between shaft and hub by means of a third element such as a feather key or a shear pin or bolt. The key is usually a solid, elongated piece of metal with a rectangular cross-section, which is inserted into a corresponding keyway in the shaft and protrudes radially therefrom. The associated hub has a continuous groove and is pushed axially over the feather key for assembly. The feather key acts as a driver due to the positive fit on its flanks in the circumferential direction and, in the case of a drive shaft, transmits the torque of the shaft via the hub to the component to be driven or, in the case of an output shaft, the torque of the driving component via the hub to the shaft to be driven. In the axial direction, the hub can be secured against shifting on the shaft for axial fixation on the shaft shoulder, for example by means of a retaining ring or slotted nut.

Da eine derartige formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung mittels Passfeder bei entsprechender Dimensionierung bzw. Auslegung sehr hohe Drehmomente übertragen kann, welche höher als die zulässigen Drehmomente der Welle, der Nabe oder weiterer Maschinenelemente sein können, können derartige Passfedern auch als Abscherstift, kurz Scherstift genannt, ausgebildet sein. Derartige Scherstifte sind zum Beispiel mittels einer Kerbe als Materialschwächung an einer vorbestimmten Stelle als Sollbruchstelle dazu ausgebildet, bei Erreichen eines vorbestimmten zu hohen Drehmoments zwischen Welle und Nabe aufgrund der dann auftretenden zu hohen Scherspannungs-Belastung zu brechen. Ein Scherstift als mechanische Sicherung bricht dann, sodass sich Welle und Nabe in der Umfangsrichtung zueinander frei bewegen können und kein Drehmoment mehr übertragen werden kann, die Welle und Nabe jedoch zueinander geführt bleiben. Hierdurch können Welle, Nabe und weitere Maschinenelemente vor Überlastung geschützt werden.Since such a form-fitting shaft-hub connection using a feather key can, with appropriate dimensioning or design, transmit very high torques, which can be higher than the permissible torques of the shaft, the hub or other machine elements, such feather keys can also be used as a shear pin, or shear pin for short , be educated. Such shear pins are designed, for example, by means of a notch as a material weakening at a predetermined point as a predetermined breaking point to break when a predetermined excessive torque is reached between the shaft and hub due to the excessive shearing stress then occurring. A shear pin as a mechanical lock then breaks, so that the shaft and hub can move freely relative to one another in the circumferential direction and torque can no longer be transmitted, but the shaft and hub remain guided towards one another. In this way, the shaft, hub and other machine elements can be protected against overload.

Nachteilig ist bei einem Formschluss zwischen Welle und Nabe durch eine Passfeder jedoch, dass hierdurch eine feste, direkte bzw. starre und damit dynamisch „harte“ Verbindung vorliegt. Diese lässt weder eine gewisse Toleranz in der Winkellage zwischen Welle und Nabe noch eine gewisse Entkopplung bei Überlast oder aber eine schwingende zusätzliche Lastbeaufschlagung um einen Spitzenwert zu. Auch der Einsatz von Bolzen oder Scherstiften entspricht einer harten Lastübertragung.However, the disadvantage of a form fit between the shaft and hub using a feather key is that this results in a firm, direct or rigid and therefore dynamically “hard” connection. This allows neither a certain tolerance in the angular position between the shaft and hub nor a certain decoupling in the event of overload or an oscillating additional load application around a peak value. The use of bolts or shear pins also corresponds to a hard load transfer.

Mit anderen Worten schließt der Formschluss zwischen Nabe und Welle eine bei Überlast als Sicherheitslösung angestrebte Entkopplung mittels des die Last übertragenden Passfederkeils aus. Als Sicherheitskomponente muss daher an anderer Stelle eine geeignete Überlastsicherung wie etwa eine Rutschkupplung oder eine flexible Lamellen als die gesamte Welle sicherndes Element vorgesehen werden.In other words, the form-fitting connection between the hub and the shaft precludes a decoupling that is sought as a safety solution in the event of overload by means of the feather key that transmits the load. As a safety component, a suitable overload protection such as a slipping clutch or a flexible plate must therefore be provided elsewhere as an element that secures the entire shaft.

Eine gezielte Entkopplung einzelner über eine Zentralwelle angetriebener Laststränge ist somit an besagter Lasteintragsstelle nur mittel dem Einsatz eines Scherstifts bzw. Scherbolzens möglich. Scherstifte bzw. Scherbolzen besitzen im Allgemeinen eine durch einen Kerb definierte Sollbruchstelle, die im Falle einer Überschreitung der maximalen Scherspannung durch Abgleiten im Kerb versagt und somit neben der Lastübertragung eine zusätzliche Sicherheitsfunktion mit implementiert. Da jedoch gerade ein Kerb als klassischer Ausgangspunkt eines dynamisch induzierten Risses angesehen werden kann, ist eine schwellende dynamische Oberlast in Kombination mit einer ohnehin applizierten Grundlast als der Lebensdauer des Scherstiftes bzw. des Scherbolzens abträglich anzusehen. Es besteht bei ungünstigen Bedingungen somit immer das Risiko eines vorzeitigen Versagens des Scherstiftes bzw. des Scherbolzens noch vor dem Erreichen der eigentlichen in der Konstruktion definierten Oberlast im Dauerbetrieb.A targeted decoupling of individual load strands driven via a central shaft is therefore only possible at said load application point by using a shear pin or shear bolt. Shear pins or shear bolts generally have a predetermined breaking point defined by a notch, which fails if the maximum shear stress is exceeded by sliding in the notch and thus implements an additional safety function in addition to load transfer. However, since a notch can be regarded as the classic starting point of a dynamically induced crack, a swelling dynamic upper load in combination with a base load that is applied anyway must be regarded as detrimental to the service life of the shear pin or shear bolt. It consists of unfavorable conditions, there is always a risk of the shear pin or shear bolt failing before the upper load actually defined in the design is reached in continuous operation.

Nachteilig ist des Weiteren, dass weder eine kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindung noch eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung eine Dämpfung von in das Lastübertragungssystem eingebrachten höherfrequenten Lastspitzen und bzw. oder Laststößen - sowohl von der antreibenden als auch von der angetriebenen Seite - ermöglicht, ohne dass hierfür nicht ein erheblicher konstruktiver Aufwand für das einzelne auf einer Hauptwelle applizierte Antriebs- bzw. Abtriebselement zum Beispiel durch auf der Welle aufgebrachte Torsionsdämpfer oder Federn als temporärer Energiespeicher betrieben werden müsste.Another disadvantage is that neither a force-locking shaft-hub connection nor a form-locking shaft-hub connection allows damping of higher-frequency load peaks and/or load shocks introduced into the load transmission system - both from the driving and from the driven side. without the need for a considerable design effort for the individual drive or driven element applied to a main shaft, for example by means of torsion dampers or springs applied to the shaft as a temporary energy store.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Welle-Nabe-Verbindung der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, welche sowohl eine sichere als auch eine dynamische Drehmomentübertragung mit Überlastschutz bieten kann. Mit anderen Worten soll eine Welle-Nabe-Verbindung mit erhöhter dynamischer Tauglichkleit und Überlastschutz zur Verfügung gestellt werden, d.h. eine Kombination der Konstruktionsmerkmale einer metallischen Passfeder mit denen eines Scherstifts sowie zusätzlich einer dynamischen Dämpfung. Dies soll möglichst einfach, bauraumsparend, kostengünstig und bzw. oder wartungsarm erfolgen können. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Welle-Nabe-Verbindungen geschaffen werden.An object of the present invention is to provide a shaft-hub connection of the type described at the outset, which can offer both reliable and dynamic torque transmission with overload protection. In other words, a shaft-hub connection with increased dynamic suitability and overload protection should be made available, i.e. a combination of the design features of a metal feather key with those of a shear pin and additional dynamic damping. This should be able to take place as simply as possible, in a space-saving, cost-effective manner and/or with little maintenance. At the very least, an alternative to known shaft-hub connections of this type should be created.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by a shaft-hub connection with the features according to claim 1. Advantageous developments are described in the dependent claims.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle-Nabe-Verbindung mit einer Welle mit wenigstens einer Wellennut, mit einer Nabe mit wenigstens einer Nabennut und mit wenigstens einer Passfeder, welche abschnittsweise von der Wellennut und abschnittsweise von der Nabennut aufgenommen wird.The present invention thus relates to a shaft-hub connection with a shaft with at least one shaft keyway, with a hub with at least one hub keyway and with at least one feather key, which is partially accommodated by the shaft keyway and partially by the hub keyway.

Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder zumindest abschnittsweise ein Elastomerelement aufweist, welches sowohl abschnittsweise von der Wellennut als auch abschnittsweise von der Nabennut aufgenommen wird. Mit anderen Worten wird eine bisher bekannte starre, zum Beispiel rein metallische, Passfeder durch ein Bauteil ersetzt, welches die Funktion der Passfeder übernimmt und dabei aber zumindest teilweise aus einem elastomeren Material ausgebildet ist.The shaft-hub connection according to the invention is characterized in that the feather key has an elastomer element, at least in sections, which is accommodated both in sections by the shaft groove and in sections by the hub groove. In other words, a previously known rigid, for example purely metallic, feather key is replaced by a component which assumes the function of the feather key and is at least partially made of an elastomeric material.

Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bei bekannten starren Passfedern eine entsprechend direkte bzw. harte Übertragung der Drehmomente erfolgt, welche keinerlei Dämpfung zulässt. Dies gilt ebenso für Scherstifte bzw. für Scherbolzen.The present invention is based on the knowledge that in the case of known rigid feather keys, the torques are transmitted in a correspondingly direct or hard manner, which does not permit any damping. This also applies to shear pins or shear bolts.

Erfindungsgemäß wird daher in den Kraftfluss zwischen Welle und Nabe wenigstens ein Elastomerelement zumindest abschnittsweise eingebracht, welches aufgrund der Eigenschaften seines elastomeren Materials eine dämpfende Wirkung zwischen Welle und Nabe ermöglichen kann. Hierdurch kann eine Dämpfung in den Kraftfluss zwischen Welle und Nabe eingebracht werden, sodass insbesondere höherfrequentierte Anregungen direkt am Übergang zwischen Welle und Nabe zumindest teilweise gedämpft werden können. Dies kann eine elastomere dämpfende Wirkung in den Kraftfluss zwischen Welle und Nabe einbringen und die Notwendigkeit einer Dämpfung im Kraftfluss an anderer Stelle vermeiden oder zumindest reduzieren bzw. ergänzen.According to the invention, at least one elastomer element is therefore introduced at least in sections into the power flow between the shaft and the hub, which elastomer element can enable a damping effect between the shaft and the hub due to the properties of its elastomeric material. In this way, damping can be introduced into the power flow between the shaft and the hub, so that in particular higher-frequency excitations can be at least partially damped directly at the transition between the shaft and the hub. This can introduce an elastomeric damping effect in the power flow between shaft and hub and avoid the need for damping in the power flow elsewhere or at least reduce or supplement it.

Mit anderen Worten kann durch die Einbindung eines Elastomerkörpers innerhalb einer formschlüssigen Verbindung erreicht werden, dass diese Verbindung durch die elastischen Eigenschaften des Elastomerkörpers eine weiche Charakteristik erhalten kann, welche Lastspitzen abfedern kann, vergleichbar dem Prinzip der Ruck-Dämpfung.In other words, by integrating an elastomer body within a form-fitting connection, this connection can be given a soft characteristic due to the elastic properties of the elastomer body, which can cushion peak loads, comparable to the principle of shock absorption.

Vorteilhaft ist dabei auch, dass die erfindungsgemäße Passfeder gleichzeitig als Scherstift ausgebildet sein kann, indem das elastomere Element der Passfeder derart angeordnet und ausgebildet wird, dass durch die Übertragung der Drehmomente zwischen Welle und Nabe Scherkräfte auf das elastomere Element wirken und dieses bei Erreichen bzw. bei Überschreiten einer vorbestimmten Scherkraft abscheren können. Hierdurch kann die Sicherheitsfunktion eines Scherstifts zusätzlich von der erfindungsgemäßen Passfeder übernommen werden. Diese Sicherheitsfunktion kann aufgrund einer durch die Materialeigenschaften und bzw. oder durch die Formgebung des Elastomerkörpers einstellbaren und gegenüber zum Beispiel Metallen deutlich geringeren Scherfestigkeit eine Überlastung vorbestimmt verhindern. Hierdurch kann eine Absicherung gegen einen etwaigen Maschinenschaden im weiteren Verlauf des Abtriebsstrangs durch sonst eingebrachte Überlast erreicht werden.It is also advantageous that the feather key according to the invention can be designed as a shear pin at the same time, in that the elastomeric element of the feather key is arranged and designed in such a way that shear forces act on the elastomeric element due to the transmission of the torques between the shaft and the hub and this is released when it is reached or can shear off when a predetermined shearing force is exceeded. As a result, the safety function of a shear pin can also be taken over by the feather key according to the invention. This safety function can prevent overloading in a predetermined manner due to a shear strength that can be adjusted by the material properties and/or by the shape of the elastomer body and is significantly lower than, for example, metals. In this way, protection against any machine damage in the further course of the drive train due to an overload that would otherwise be introduced can be achieved.

Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß ein dynamisches Dämpferelement mit implementiertem Überlastschutz im jeweiligen Abtriebsstrang angeordnet werden, welcher zur Reduktion von Lastspitzen und deren Rückübertragung auf den Antrieb durch eine kurzzeitige Speicherung der eingebrachten Impulsenergie im Falle des Lasteintrags von der Abtriebsseite führen und somit dem Anlagenschutz dienen kann. Somit kann durch die Nutzung der im Vergleich zu Metall deutlich geringeren Scherfestigkeit eines Elastomerwerkstoffs als Passfeder diese erfindungsgemäße Passfeder neben der eigentlichen Lastübertragung auch als Überlastschutz verwendet werden. Durch die Verwendung zum Beispiel einer Elastomer-Metall-Verbindung als Lastübertragungselement kann es möglich sein, durch die Nutzung unterschiedlicher Elastomere im eigentlichen Scherfeld eine gewisse Bandbreite an Deformation in Bezug auf die Dämpfungseigenschaften eines so geschaffenen Lastübertragungselements zu schaffen.In other words, according to the invention, a dynamic damper element with implemented overload protection can be arranged in the respective drive train, which is used to reduce load peaks and their retransmission to the drive through a short-term storage of the introduced impulse energy in the event of a load input from the output side and can thus serve to protect the system. Thus, by using the significantly lower shear strength of an elastomeric material as a feather key compared to metal, this feather key according to the invention can also be used as overload protection in addition to the actual load transmission. By using, for example, an elastomer-metal connection as a load transfer element, it can be possible to create a certain bandwidth of deformation in relation to the damping properties of a load transfer element created in this way by using different elastomers in the actual shear field.

Mit anderen Worten kann durch den Einsatz von entsprechenden Gummi-Elementen oder Gummi-Metall-Elementen innerhalb des Formschlusses eine schwingungstechnische Entkopplung einzelner Abtriebsstränge von einer zentralen Antriebswelleneinheit auf kleinstem Bauraum geschaffen werden. Einzelne Abtriebsstränge, die mittels einer Zentralwelle angetrieben werden, lassen sich durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Wellen-Nabe-Verbindung sowohl formschlüssig als auch gleichzeitig elastisch und damit dynamisch „weich“ einbinden. Das in der Scherebene oder aber unter Last gepresste flächige Konstruktionselements kann dabei durch eine gewisse elastische Deformation dynamischen Lastspitzen in gewissen Grenzen entgegenwirken und diese vom System entkoppein.In other words, by using appropriate rubber elements or rubber-metal elements within the form fit, vibration-related decoupling of individual drive trains from a central drive shaft unit can be created in the smallest of spaces. By using a shaft-hub connection according to the invention, individual output lines, which are driven by means of a central shaft, can be integrated both in a form-fitting manner and at the same time in an elastic and therefore dynamically “soft” manner. The flat construction element pressed in the shear plane or under load can counteract dynamic load peaks within certain limits through a certain elastic deformation and decouple them from the system.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Elastomerelement zumindest in der Ebene zwischen Welle und Nabe angeordnet. Dies kann die Ausbildung der Passfeder als Scherstift begünstigen bzw. ermöglichen.According to one aspect of the invention, the elastomer element is arranged at least in the plane between the shaft and the hub. This can promote or enable the design of the feather key as a shear pin.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Passfeder vollständig durch das Elastomerelement gebildet. Dies kann die Umsetzung der Passfeder vereinfachen bzw. kostengünstiger werden lassen. Auch kann dies die Aufnahme dynamischer Belastungen seitens der Passfeder erhöhen, da entsprechend viel elastomeres Material zur Verfügung zur elastischen Speicherung von Energie zur Verfügung steht.According to a further aspect of the invention, the feather key is formed entirely by the elastomeric element. This can simplify the implementation of the feather key or make it more cost-effective. This can also increase the absorption of dynamic loads on the part of the feather key, since a correspondingly large amount of elastomeric material is available for the elastic storage of energy.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Passfeder ein wellenseitiges Passfederelement auf, welches von der Wellennut aufgenommen wird, und die Passfeder weist ein nabenseitiges Passfederelement auf, welches von der Nabennut aufgenommen wird, wobei das Elastomerelement, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen, besonders vorzugsweise vollständig, radial, zwischen dem wellenseitigen Passfederelement und dem nabenseitigen Passfederelement angeordnet ist. Das wellenseitige Passfederelement und das nabenseitige Passfederelement können dabei, zum Beispiel als Metallplatte, starr ausgebildet sein, um einen festen Halt gegenüber der Wellennut bzw. Nabennut zu erreichen. Dies kann die Positionierung bzw. den Halt der Passfeder sowohl in der Wellennut als auch in der Nabennut verbessern bzw. sicherstellen.According to a further aspect of the invention, the key has a key element on the shaft side, which is received by the shaft groove, and the key has a key element on the hub side, which is received by the keyway, the elastomer element, preferably at least essentially, particularly preferably completely, radially, is arranged between the shaft-side key element and the hub-side key element. The shaft-side feather key element and the hub-side feather key element can be designed rigidly, for example as a metal plate, in order to achieve a firm hold in relation to the shaft groove or hub groove. This can improve or ensure the positioning or retention of the feather key both in the shaft groove and in the hub groove.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das wellenseitige Passfederelement formschlüssig in der Wellennut gehalten und bzw. oder das nabenseitige Passfederelement formschlüssig in der Nabennut gehalten. Dies kann durch eine entsprechende Ausgestaltung bzw. Konturbegebung von wellenseitigem Passfederelement und Wellennut zueinander und bzw. oder von nabenseitigem Passfederelement und Nabennut zueinander erreicht werden. Hierdurch kann eine formschlüssige Positionierung der Passfeder in der Wellennut und bzw. oder in der Nabennut möglichst einfach aber sicher erreicht werden.According to a further aspect of the invention, the shaft-side key element is held in a form-fitting manner in the shaft groove and/or the hub-side key element is held in a form-fitting manner in the hub groove. This can be achieved by a corresponding design or contouring of the shaft-side feather key element and shaft groove to one another and/or of the hub-side feather key element and hub groove to one another. In this way, a form-fitting positioning of the feather key in the shaft groove and/or in the hub groove can be achieved as easily but reliably as possible.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das wellenseitige Passfederelement mittels eines Stifts in der Wellennut gehalten und bzw. oder das nabenseitige Passfederelement mittels eines Stifts in der Nabennut gehalten. Dies kann zwar den Aufwand der Befestigung der Passfeder in der Wellennut und bzw. oder in der Nabennut erhöhen, jedoch dafür die Positioniergenauigkeit und bzw. oder den Halt der Passfeder verbessern.According to a further aspect of the invention, the shaft-side key element is held in the shaft groove by means of a pin and/or the hub-side key element is held in the hub groove by means of a pin. Although this can increase the expense of fastening the feather key in the shaft groove and/or in the hub groove, it improves the positioning accuracy and/or the hold of the feather key.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Passfeder wenigstens einen Scherkraftsensor auf, welcher zumindest abschnittsweise mit dem Elastomerelement in Kontakt steht, wobei der Scherkraftsensor zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung der Welle-Nabe-Verbindung angeordnet ist. Mit anderen Worten wird ein Sensorelement derart in die erfindungsgemäße Passfeder integriert, dass zumindest im Wesentlichen als Scherkräfte wirkende Belastungen auf die Passfeder sensorisch erfasst werden können. Hierzu kann das Sensorelement in das Elastomermaterial vollständig eingebettet oder randseitig an dem Elastomermaterial am Übergang zu einem zuvor beschriebenen Passfederelement angeordnet sein.According to a further aspect of the invention, the feather key has at least one shear force sensor which is at least partially in contact with the elastomer element, the shear force sensor being arranged at least substantially perpendicularly to the radial direction of the shaft-hub connection. In other words, a sensor element is integrated into the feather key according to the invention in such a way that loads acting on the feather key, at least essentially as shearing forces, can be detected by sensors. For this purpose, the sensor element can be completely embedded in the elastomeric material or arranged at the edge of the elastomeric material at the transition to a feather key element as described above.

Derartige Belastungen können insbesondere durch Drehmomente in der Umfangsrichtung zwischen Welle und Nabe auftreten und somit in der zylindrischen Ebene wirken, welche in der Umfangsrichtung bei konstantem Radius um die Längsachse der Welle verläuft. Entsprechend kann der Scherkraftsensor zumindest im Wesentlichen und vorzugsweise genau in dieser zylindrischen Ebene angeordnet sein, um zumindest im Wesentlichen bis ausschließlich die in der zylindrischen Ebene wirkenden Belastungen als Scherkräfte sensorisch zu erfassen.Such loads can occur in particular as a result of torques in the circumferential direction between the shaft and the hub and thus act in the cylindrical plane which runs in the circumferential direction at a constant radius around the longitudinal axis of the shaft. Correspondingly, the shear force sensor can be arranged at least essentially and preferably precisely in this cylindrical plane in order to at least essentially extend to out finally to detect the loads acting in the cylindrical plane as shear forces using sensors.

Die sensorisch erfassten Scherkräfte können zum Beispiel einer Steuerungseinheit der Vorrichtung wie zum Beispiel einer Maschine oder Anlage, welche die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung verwendet, zur Verfügung gestellt werden, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Dort können diese Informationen weiterverarbeitet sowie verwendet werden, um zum Beispiel die Vorrichtung hinsichtlich Überlastungen zu überwachen und bei drohender Überlastung durch eine Reduzierung der zu übertragenen Leistung oder sogar durch Anhalten der Vorrichtung zu reagieren. Zusätzlich oder alternativ können diese Informationen für die Instandhaltung und Wartung und insbesondere für eine vorausschauende Instandhaltung verwendet werden.The shearing forces detected by sensors can be made available, for example, to a control unit of the device, such as a machine or plant, which uses the shaft-hub connection according to the invention, as will be described in more detail below. This information can be further processed there and used, for example, to monitor the device with regard to overloads and to react in the event of an imminent overload by reducing the power to be transmitted or even by stopping the device. Additionally or alternatively, this information can be used for servicing and maintenance and in particular for predictive maintenance.

Diesem Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ermittlung der jeweiligen anteilig abgegriffenen Wellenleistung im Allgemeinen lediglich unmittelbar in den jeweiligen Laststrängen, nicht aber auf der zentralen Welleneinheit an sich möglich ist. Dieses führt dazu, dass entsprechender Bauraum für die nötige Sensorik an verschiedenster Stelle im System geschaffen werden muss.This aspect of the invention is based on the knowledge that a determination of the respective proportionally tapped shaft power is generally only possible directly in the respective load trains, but not on the central shaft unit per se. This leads to the fact that the corresponding space for the necessary sensors must be created at various points in the system.

Eine zentrale Erfassung der abgegebenen Drehmomentenwerte bezogen auf die Gesamtleistung entlang der Welle als Hauptwelle bzw. als Königswelle kann daher die Problemstellung deutlich erleichtern. Die Kenntnis der auftretenden Lasten innerhalb verschiedener nicht unabhängig voneinander agierender Laststränge kann im Betrieb einer Vorrichtung wie einer Maschine oder einer Anlage Aufschlüsse darüber geben, ob eine bestimmungsgemäße Nutzung vorliegt, oder aber ob durch etwaigen Verschleiß oder aber erhöhter externen Lasteneintrag ein schleißender Betrieb an einzelnen Komponenten durch eine Überlastung des jeweiligen Antriebs- bzw. Abtriebstranges vorliegen kann.A central recording of the torque values delivered in relation to the total power along the shaft as the main shaft or as the vertical shaft can therefore make the problem much easier. When a device such as a machine or plant is in operation, knowledge of the loads occurring within different load chains that do not act independently of one another can provide information as to whether it is being used as intended, or whether wear and tear or increased external loads are causing wear on individual components due to overloading of the respective drive or output train.

Daher kann erfindungsgemäß durch die Implementierung mindestens eines Lastsensors vorgesehen werden, welcher durch die Ermittlung der im Betrieb erfolgenden elastischen Deformation der auf einer Hauptwelle platzierten vorzugsweise formschlüssig unter Last stehenden Abtriebstränge Rückschlüsse auf den lokal übertragenen aktuellen Drehmomentanteil des Abtriebstranges zulässt. Durch die horizontale Einbindung eines flächigen Schersensors im Elastomer ist es dann möglich, die im Gegensatz zu zum Beispiel Metallen erheblich größeren elastischen Deformationen bei identischer Spannung für einen Signalabgriff mittels des Sensors zu nutzen. Hierdurch kann eine in Summe feinere Auflösung auch bei recht kostengünstiger Sensortechnik ermöglicht werden.Therefore, the implementation of at least one load sensor can be provided according to the invention, which allows conclusions to be drawn about the locally transmitted current torque component of the output train by determining the elastic deformation occurring during operation of the output trains placed on a main shaft, preferably under load. By integrating a flat shear sensor horizontally in the elastomer, it is then possible to use the elastic deformations, which are much larger than in metals, for example, with the same tension for a signal pick-up by means of the sensor. As a result, an overall finer resolution can also be made possible with relatively inexpensive sensor technology.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Scherkraftsensor zwischen dem wellenseitigen Passfederelement und dem Elastomerelement angeordnet oder der Scherkraftsensor ist zwischen dem nabenseitigen Passfederelement und dem Elastomerelement angeordnet. Dies kann die sensorische Erfassung von Belastungen am Übergang zwischen dem elastomeren Element und dem entsprechenden Passfederelement ermöglichen.According to a further aspect of the invention, the shear force sensor is arranged between the shaft-side key element and the elastomer element, or the shear force sensor is arranged between the hub-side key element and the elastomer element. This can enable the sensory detection of loads at the transition between the elastomeric element and the corresponding feather key element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Scherkraftsensor ausgebildet, elektrische Energie drahtlos zu erhalten und bzw. oder elektrische Energie zu erzeugen. Auf diese Art und Weise kann wenigstens der Scherkraftsensor und gegebenenfalls eine zusätzliche Elektronik betrieben werden, ohne eine kabelgebundene Zuführung von elektrischer Energie zu verwenden und bzw. oder ein elektrischen Energiespeicher hierfür vorsehen zu müssen. Dies kann einen entsprechenden Aufwand der Kabelführung, welche insbesondere an der rotierenden Welle störend bzw. aufwendig sein kann, vermeiden. Ebenso kann ein elektrischer Energiespeicher vermieden werden, welche zusätzlichen Bauraum erfordern kann.According to a further aspect of the invention, the shear force sensor is designed to receive electrical energy wirelessly and/or to generate electrical energy. In this way, at least the shear force sensor and possibly additional electronics can be operated without using a wired supply of electrical energy and/or having to provide an electrical energy store for this purpose. This can avoid a corresponding expense for the cable routing, which can be disruptive or expensive, particularly on the rotating shaft. Likewise, an electrical energy store can be avoided, which can require additional installation space.

Eine drahtlose Übertragung von elektrischer Energie seitens der Vorrichtung, welche die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung verwendet, kann zum Beispiel mittels elektromagnetischer Felder erfolgen. Ein entsprechender Sender kann seitens der Vorrichtung in der Nähe der Welle vorgesehen werden, ohne die Welle-Nabe-Verbindung zu beeinflussen. Dennoch kann ein gewisser Abstand zwischen Sender und Passfeder nicht vermieden werden, was zu Verlusten bei der drahtlosen Energieübertragung führen kann.A wireless transmission of electrical energy by the device that uses the shaft-hub connection according to the invention can take place, for example, by means of electromagnetic fields. A corresponding transmitter can be provided by the device in the vicinity of the shaft without affecting the shaft-hub connection. Nevertheless, a certain distance between the transmitter and the key cannot be avoided, which can lead to losses in wireless energy transmission.

Die Erzeugung von elektrischer Energie seitens der Passfeder kann zum Beispiel aus den Bewegungen gewonnen werden, welche innerhalb des elastomeren Materials der Passfeder durch dynamische Belastungen hervorgerufen werden können. Dies kann zum Beispiel mittels wenigstens eines piezoelektrischen Elements erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann elektrische Energie seitens der Passfeder aus der Temperatur bzw. aus der Temperaturänderung gewonnen werden, welche in der Passfeder insbesondere bei einer Veränderung der zu übertragenen Leistung entstehen kann. Dies kann die Erzeugung von elektrischer Energie genau dort, nämlich an der Passfeder, ermöglichen, wo die elektrische Energie auch benötigt wird. Hierdurch können Verluste in der Energieübertragung, ob drahtgebunden oder drahtlos, vermieden werden. Die Notwendigkeit einer Speicherung von elektrischer Energie seitens der Passfeder kann entfallen oder zumindest in der Kapazität und damit in den Kosten und im Bauraum geringer ausfallen. Andererseits kann die Erzeugung von elektrischer Energie seitens der Passfeder dort zusätzlichen Bauraum erfordern und bzw. oder zu zusätzlichen Kosten der Passfeder führen.The generation of electrical energy on the part of the feather key can be obtained, for example, from the movements which can be caused within the elastomeric material of the feather key by dynamic loads. This can be done, for example, by means of at least one piezoelectric element. Additionally or alternatively, electrical energy can be obtained from the feather key from the temperature or from the temperature change, which can arise in the feather key, in particular when there is a change in the power to be transmitted. This can enable the generation of electrical energy exactly there, namely on the feather key, where the electrical energy is also required. As a result, losses in the energy transmission, whether wired or wireless, can be avoided. There is no need for the feather key to store electrical energy or at least be lower in capacity and thus in costs and space. On the other hand, the generation of electrical energy by the feather key can require additional installation space there and/or lead to additional costs for the feather key.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Scherkraftsensor ausgebildet, Informationen drahtlos zu empfangen und bzw. oder zu senden. Dies kann die Verwendung von Kabeln, insbesondere an der rotierenden Welle, zur Übertragung von Informationen bzw. Daten insbesondere des Scherkraftsensors vermeiden. Die drahtlose Datenübertragung kann dabei in eine Richtung oder in beide Richtungen mittels elektromagnetischer Wellen erfolgen.According to a further aspect of the invention, the shear force sensor is designed to receive and/or transmit information wirelessly. This can avoid the use of cables, in particular on the rotating shaft, for the transmission of information or data, in particular of the shear force sensor. The wireless data transmission can take place in one direction or in both directions by means of electromagnetic waves.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Passfeder wenigstens einen Drucksensor auf, welcher zumindest abschnittsweise mit dem Elastomerelement in Kontakt steht, wobei der Drucksensor zumindest im Wesentlichen in der radialen Richtung der Welle-Nabe-Verbindung angeordnet ist.According to a further aspect of the invention, the feather key has at least one pressure sensor which is at least partially in contact with the elastomer element, the pressure sensor being arranged at least essentially in the radial direction of the shaft-hub connection.

Zusätzlich oder alternativ zu dem zuvor beschriebenen Scherkraftsensor kann die Passfeder somit ein weiteres bzw. alternatives Sensorelement aufweisen, welches entsprechend ausgebildet und ausgerichtet ist, Belastungen zumindest im Wesentlichen in der radialen Richtung und somit zumindest im Wesentlichen senkrecht zur zylindrischen Ebene der Welle zu erfassen. Dies kann die Erfassung und Verwendung entsprechender Informationen über die Belastungen zumindest im Wesentlichen in der radialen Richtung ermöglichen. Dies kann ebenfalls den zuvor beschriebenen Verwendungszwecken dienen. Mit anderen Worten kann es durch den Einbau eines flächigen Drucksensors insbesondere an der Kontaktfläche zwischen Elastomerkörper und Wellennut und bzw. oder und Nabennut ermöglicht werden, über den sensorisch erfassten Druck die eingetragene Last zu ermitteln.In addition or as an alternative to the shear force sensor described above, the feather key can thus have a further or alternative sensor element, which is designed and aligned accordingly to detect loads at least essentially in the radial direction and thus at least essentially perpendicular to the cylindrical plane of the shaft. This can enable the collection and use of corresponding information about the loads, at least essentially in the radial direction. This can also serve the purposes described above. In other words, by installing a flat pressure sensor, particularly on the contact surface between the elastomer body and the shaft groove and/or the hub groove, it can be made possible to determine the applied load via the pressure detected by sensors.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Drucksensor ausgebildet, elektrische Energie drahtlos zu erhalten und bzw. oder elektrische Energie zu erzeugen. Hierdurch können die zuvor beschriebenen entsprechenden Aspekte des Scherkraftsensors auch auf den Drucksensor übertragen werden.According to a further aspect of the invention, the pressure sensor is designed to receive electrical energy wirelessly and/or to generate electrical energy. As a result, the corresponding aspects of the shear force sensor described above can also be transferred to the pressure sensor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Drucksensor ausgebildet, Informationen drahtlos zu empfangen und bzw. oder zu senden. Hierdurch können die zuvor beschriebenen entsprechenden Aspekte des Scherkraftsensors auch auf den Drucksensor übertragen werden.According to a further aspect of the invention, the pressure sensor is designed to receive and/or transmit information wirelessly. As a result, the corresponding aspects of the shear force sensor described above can also be transferred to the pressure sensor.

Die vorliegende Erfindung ist dabei auf jede Art einer Drehmomentübertragung mittels einer Welle mit Abgriff des selbigen über mindestens eine durch Formschluss applizierte Nabe anwendbar, bei welcher es von Interesse ist, besagtes Drehmoment „weich“ zu übertragen und hierdurch eine gewisse dynamische Entkopplung der Stränge, d.h. zwischen Antriebsstrang und Abtriebsstrang, zu erhalten. Zusätzlich kann durch die entsprechende Deformation eine Möglichkeit geschaffen werden, einen Scherkraftsensor und bzw. oder einen Drucksensor zu implementieren und diese Möglichkeit zur sensorischen Belastungserfassung mit einer Überlastsicherung zu kombinieren.The present invention can be applied to any type of torque transmission by means of a shaft with tapping of the same via at least one hub applied by positive locking, in which it is of interest to transmit said torque "softly" and thereby achieve a certain dynamic decoupling of the strands, ie between the drive train and the driven train. In addition, through the corresponding deformation, a possibility can be created to implement a shear force sensor and/or a pressure sensor and to combine this possibility for sensory load detection with an overload protection.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:

  • 1 einen schematische Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung; und
  • 2 einen schematische Längsschnitt durch eine Passfeder der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung.
An exemplary embodiment and further advantages of the invention are explained below in connection with the following figures. It shows:
  • 1 a schematic longitudinal section through an inventive shaft-hub connection; and
  • 2 a schematic longitudinal section through a key of the shaft-hub connection according to the invention.

Die Beschreibung der o.g. Figuren erfolgt in zylindrischen Koordinaten mit einer Längsachse X, einer zur Längsachse X senkrecht ausgerichteten radialen Richtung R sowie einer um die Längsachse X umlaufenden Umfangsrichtung U.The above figures are described in cylindrical coordinates with a longitudinal axis X, a radial direction R perpendicular to the longitudinal axis X and a circumferential direction U running around the longitudinal axis X.

Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 weist eine Welle 10 zum Beispiel in Form einer Antriebswelle 10 und eine Nabe 11 zum Beispiel als Maschinenelement 11 auf, welche zum Beispiel als Zahnrad 11 oder als Wellenscheibe 11 ausgebildet sein kann. In der zylindrischen Oberfläche der Welle 10 ist eine Wellennut 10a als radiale Vertiefung ausgebildet, welche sich im Wesentlichen in der Längsrichtung X erstreckt. Der Welle 10 zugewandt ist in der zylindrischen Oberfläche der Nabe 11 eine Nabennut 11a als radiale Vertiefung ausgebildet, welche sich ebenfalls im Wesentlichen in der Längsrichtung X erstreckt. Die Wellennut 10a der Welle 10 und die Nabennut 11a der Nabe 11 sind einander in der Form bzw. in der Kontur entsprechend ausgebildet und angeordnet.A shaft-hub connection 1 according to the invention has a shaft 10, for example in the form of a drive shaft 10, and a hub 11, for example as a machine element 11, which can be designed as a gear wheel 11 or as a shaft washer 11, for example. In the cylindrical surface of the shaft 10, a shaft groove 10a is formed as a radial depression, which extends in the longitudinal direction X substantially. Facing the shaft 10, a hub groove 11a is formed as a radial depression in the cylindrical surface of the hub 11, which likewise extends essentially in the longitudinal direction X. The shaft groove 10a of the shaft 10 and the hub groove 11a of the hub 11 are designed and arranged to correspond to one another in terms of shape or contour.

Die Wellennut 10a der Welle 10 und die Nabennut 11 a der Nabe 11 nehmen gemeinsam eine Passfeder 12 auf. Die Nabennut 11 a der Nabe 11 erstreckt sich dabei in der Darstellung der 1 nach links in der Längsrichtung X bis zum Rand der Nabe 11 hin, sodass die Passfeder 12 in der Wellennut 10a der Welle 10 in der radialen Richtung R eingelegt und dann die Nabe 11 in der Längsrichtung X in der Darstellung der 1 von rechts über die Welle 10 samt Passfeder 12 geführt und gesichert (nicht dargestellt) werden kann.The shaft groove 10a of the shaft 10 and the hub groove 11a of the hub 11 jointly accommodate a feather key 12 . The hub groove 11a of the hub 11 extends in the representation of 1 to the left in the longitudinal direction X up to the edge of the hub 11, so that the feather key 12 is inserted in the shaft groove 10a of the shaft 10 in the radial direction R and then the hub 11 in the longitudinal direction X in the representation of FIG 1 from the right over the Shaft 10 together with the feather key 12 can be guided and secured (not shown).

Erfindungsgemäß ist die Passfeder 12 derart ausgebildet, dass ein wellenseitiges Passfederelement 12a in Form einer wellenseitigen Grundplatte 12a der Passfeder 12 als starre Metallplatte ausgebildet ist, welche passgenau bzw. formschlüssig vom Boden der Wellennut 10a der Welle 10 aufgenommen wird. Ein entsprechendes nabenseitiges Passfederelement 12c in Form einer nabenseitigen Grundplatte 12c der Passfeder 12 wird ebenso von der Nabennut 11a der Nabe 11 aufgenommen. In der radialen Richtung R ist ein Elastomerelement 12b bzw. ein elastomeres Element 12b in Form eines Elastomerkörpers 12b zwischen dem wellenseitigen Passfederelement 12a und dem nabenseitigen Passfederelement 12c angeordnet und jeweils durch Vulkanisation stoffschlüssig mit diesen verbunden. Dabei wird die Passfeder 12 im Wesentlichen von dem elastomeren Element 12b gebildet, welches daher auch vollständig in der zylindrischen Ebene verläuft, welche den Übergang von Welle 10 und Nabe 11 bildet.According to the invention, the key 12 is designed in such a way that a key element 12a on the shaft side is designed in the form of a base plate 12a on the shaft side of the key 12 as a rigid metal plate, which is held with a precise fit or positive fit by the bottom of the shaft groove 10a of the shaft 10. A corresponding hub-side feather key element 12c in the form of a hub-side base plate 12c of the feather key 12 is also accommodated by the hub groove 11a of the hub 11 . In the radial direction R, an elastomer element 12b or an elastomeric element 12b in the form of an elastomer body 12b is arranged between the shaft-side key element 12a and the hub-side key element 12c and is connected to these in a materially bonded manner by vulcanization. The feather key 12 is essentially formed by the elastomeric element 12b, which therefore also runs completely in the cylindrical plane that forms the transition from the shaft 10 and the hub 11.

Mittels des elastomeren Elements 12b der Passfeder 12 können dynamische Belastungen in der Umfangsrichtung U teilweise aufgenommen und hierdurch insbesondere hochfrequente Schwingungen zwischen der Welle 10 und der Nabe 11 zumindest teilweise gedämpft werden. Dies kann die Schwingungsdämpfung der Welle-Nabe-Verbindung 1 ermöglichen bzw. verbessern und bzw. oder den hierfür erforderlichen Aufwand geringhalten. Insbesondere kann diese dynamische Schwingungsdämpfung genau am Übergang zwischen Welle 10 und Nabe 11 erfolgen, was besonders wirkungsvoll sein kann.Dynamic loads in the circumferential direction U can be partially absorbed by means of the elastomeric element 12b of the feather key 12 and, as a result, high-frequency vibrations between the shaft 10 and the hub 11 in particular can be at least partially damped. This can enable or improve the vibration damping of the shaft-hub connection 1 and/or keep the effort required for this low. In particular, this dynamic vibration damping can take place precisely at the transition between shaft 10 and hub 11, which can be particularly effective.

Erfindungsgemäß ist ferner zum einen ein Scherkraftsensor 12d am Übergang zwischen dem elastomeren Element 12b und dem wellenseitigen Passfederelement 12a der Passfeder 12 vorgesehen. Das Sensorelement des Scherkraftsensors 12d ist dabei zum Beispiel mittels Klebung mit dem wellenseitigen Passfederelement 12a und zum Beispiel durch Vulkanisation mit dem elastomeren Element 12b der Passfeder 12 stoffschlüssig verbunden. Das Sensorelement des Scherkraftsensors 12d verläuft dabei in der zylindrischen Ebene der Welle 10, sodass Scherkräfte, welche aus den Belastungen zwischen Welle 10 und Nabe 11 resultieren, mittels des Scherkraftsensors 12d direkt am Übergang zwischen Welle 10 und Nabe 11 sensorisch erfasst werden können. Diese Informationen können der Überwachung bzw. vorausschauenden Instandhaltung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 dienen.According to the invention, a shear force sensor 12d is also provided at the transition between the elastomeric element 12b and the shaft-side key element 12a of the key 12 . The sensor element of the shear force sensor 12d is connected to the shaft-side feather key element 12a by adhesive bonding, for example, and to the elastomeric element 12b of the feather key 12, for example by vulcanization. The sensor element of shear force sensor 12d runs in the cylindrical plane of shaft 10, so that shear forces resulting from the loads between shaft 10 and hub 11 can be detected directly at the transition between shaft 10 and hub 11 by means of shear force sensor 12d. This information can be used for monitoring or predictive maintenance of the shaft-hub connection 1 according to the invention.

Erfindungsgemäß ist zum anderen ein Drucksensor 12e innerhalb des Materials des elastomeren Elements 12b eingebettet. Der Drucksensor 12e ist dabei in der Umfangsrichtung U ausgerichtet, um Druckkräfte sensorisch zu erfassen, welche aus den Belastungen Zwischenwelle 10 und Nabe 11 resultieren können. Auch diese Informationen können zur Überwachung bzw. zur vorausschauenden Instandhaltung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 verwendet werden.According to the invention, on the other hand, a pressure sensor 12e is embedded within the material of the elastomeric element 12b. The pressure sensor 12e is aligned in the circumferential direction U in order to detect pressure forces by sensors, which can result from the loads on the intermediate shaft 10 and hub 11 . This information can also be used for monitoring or predictive maintenance of the shaft-hub connection 1 according to the invention.

BezugszeichenlisteReference List

RR
radiale Richtungradial direction
Uu
Umfangsrichtungcircumferential direction
XX
Längsachse longitudinal axis
11
Welle-Nabe-Verbindungshaft-hub connection
1010
Welle; AntriebswelleWave; drive shaft
10a10a
Wellennut der Passfeder 12Shaft groove of the feather key 12
1111
Nabe; Maschinenelement; Zahnrad; WellenscheibeHub; machine element; Gear; wave washer
11a11a
Nabennut der Passfeder 12Keyway of the key 12
1212
PassfederAdjusting spring
12a12a
wellenseitiges Passfederelement; wellenseitige Grundplatte der Passfeder 12shaft-side key element; shaft-side base plate of the feather key 12
12b12b
Elastomerelement bzw. elastomeres Element der Passfeder 12; Elastomerkörper der Passfeder 12Elastomeric element or elastomeric element of the feather key 12; Elastomer body of the feather key 12
12c12c
nabenseitiges Passfederelement; nabenseitige Grundplatte der Passfeder 12hub-side key element; hub-side base plate of the feather key 12
12d12d
Scherkraftsensor der Passfeder 12Key shear force sensor 12
12e12e
Drucksensor der Passfeder 12Key pressure sensor 12

Claims (13)

Welle-Nabe-Verbindung (1) mit einer Welle (10) mit wenigstens einer Wellennut (10a), mit einer Nabe (11) mit wenigstens einer Nabennut (11a) und mit wenigstens einer Passfeder (12), welche abschnittsweise von der Wellennut (10a) und abschnittsweise von der Nabennut (11a) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) zumindest abschnittsweise ein Elastomerelement (12b) aufweist, welches sowohl abschnittsweise von der Wellennut (10a) als auch abschnittsweise von der Nabennut (11a) aufgenommen wird.Shaft-hub connection (1) with a shaft (10) with at least one shaft groove (10a), with a hub (11) with at least one hub groove (11a) and with at least one feather key (12), which extends from the shaft groove ( 10a) and is received in sections by the hub groove (11a), characterized in that the feather key (12) has at least in sections an elastomer element (12b) which is received both in sections by the shaft groove (10a) and in sections by the hub groove (11a). will. Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (12b) zumindest in der Ebene zwischen Welle (10) und Nabe (11) angeordnet ist.Shaft-hub connection (1) according to claim 1 , characterized in that the elastomeric element (12b) is arranged at least in the plane between the shaft (10) and the hub (11). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) vollständig durch das Elastomerelement (12b) gebildet wird.Shaft-hub connection (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the feather key (12) is formed entirely by the elastomeric element (12b). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) ein wellenseitiges Passfederelement (12a) aufweist, welches von der Wellennut (10a) aufgenommen wird, und dass die Passfeder (12) ein nabenseitiges Passfederelement (12c) aufweist, welches von der Nabennut (11a) aufgenommen wird, wobei das Elastomerelement (12b), vorzugsweise zumindest im Wesentlichen, besonders vorzugsweise vollständig, radial, zwischen dem wellenseitigen Passfederelement (12a) und dem nabenseitigen Passfederelement (12c) angeordnet ist.Shaft-hub connection (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the feather key (12) has a shaft-side feather key element (12a) which is received by the shaft groove (10a), and in that the feather key (12) has a hub-side feather key element (12c) which is received from the hub groove (11a) is received, wherein the elastomer element (12b) is arranged, preferably at least essentially, particularly preferably completely, radially between the shaft-side key element (12a) and the hub-side key element (12c). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenseitige Passfederelement (12a) formschlüssig in der Wellennut (10a) gehalten wird und/oder dass das nabenseitige Passfederelement (12c) formschlüssig in der Nabennut (11a) gehalten wird.Shaft-hub connection (1) according to claim 4 , characterized in that the shaft-side key element (12a) is held positively in the shaft groove (10a) and/or that the hub-side key element (12c) is held positively in the hub groove (11a). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenseitige Passfederelement (12a) mittels eines Stifts in der Wellennut (10a) gehalten wird und/oder dass das nabenseitige Passfederelement (12c) mittels eines Stifts in der Nabennut (11a) gehalten wird.Shaft-hub connection (1) according to claim 4 , characterized in that the shaft-side feather key element (12a) is held in the shaft groove (10a) by means of a pin and/or that the hub-side feather key element (12c) is held in the hub groove (11a) by means of a pin. Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) wenigstens einen Scherkraftsensor (12d) aufweist, welcher zumindest abschnittsweise mit dem Elastomerelement (12b) in Kontakt steht, wobei der Scherkraftsensor (12d) zumindest im Wesentlichen senkrecht zur radialen Richtung (R) der Welle-Nabe-Verbindung (1) angeordnet ist.Shaft-hub connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feather key (12) has at least one shear force sensor (12d) which is in contact with the elastomer element (12b) at least in sections, the shear force sensor (12d) is arranged at least essentially perpendicular to the radial direction (R) of the shaft-hub connection (1). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Scherkraftsensor (12d) zwischen dem wellenseitigen Passfederelement (12a) und dem Elastomerelement (12b) angeordnet ist oder dass der Scherkraftsensor (12d) zwischen dem nabenseitigen Passfederelement (12c) und dem Elastomerelement (12b) angeordnet ist.Shaft-hub connection (1) according to one of Claims 4 until 6 and after claim 7 , characterized in that the shear force sensor (12d) is arranged between the shaft-side key element (12a) and the elastomer element (12b) or that the shear force sensor (12d) is arranged between the hub-side key element (12c) and the elastomer element (12b). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Scherkraftsensor (12d) ausgebildet ist, elektrische Energie drahtlos zu erhalten und/oder elektrische Energie zu erzeugen.Shaft-hub connection (1) according to claim 7 or 8th , characterized in that the shear force sensor (12d) is designed to receive electrical energy wirelessly and / or to generate electrical energy. Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scherkraftsensor (12d) ausgebildet ist, Informationen drahtlos zu empfangen und/oder zu senden.Shaft-hub connection (1) according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that the shear force sensor (12d) is designed to receive and / or send information wirelessly. Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (12) wenigstens einen Drucksensor (12e) aufweist, welcher zumindest abschnittsweise mit dem Elastomerelement (12b) in Kontakt steht, wobei der Drucksensor (12e) zumindest im Wesentlichen in der radialen Richtung (R) der Welle-Nabe-Verbindung (1) angeordnet ist.Shaft-hub connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feather key (12) has at least one pressure sensor (12e) which is in contact with the elastomer element (12b) at least in sections, the pressure sensor (12e) is arranged at least essentially in the radial direction (R) of the shaft-hub connection (1). Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (12e) ausgebildet ist, elektrische Energie drahtlos zu erhalten und/oder elektrische Energie zu erzeugen.Shaft-hub connection (1) according to claim 11 , characterized in that the pressure sensor (12e) is designed to receive electrical energy wirelessly and / or to generate electrical energy. Welle-Nabe-Verbindung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (12e) ausgebildet ist, Informationen drahtlos zu empfangen und/oder zu senden.Shaft-hub connection (1) according to claim 11 or 12 , characterized in that the pressure sensor (12e) is designed to receive and / or send information wirelessly.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024028023A1 (en) * 2022-08-03 2024-02-08 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Shaft-hub connection having a shaft with a feather key groove, a hollow shaft, and a feather key, and method for producing a shaft-hub connection

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WO2024028023A1 (en) * 2022-08-03 2024-02-08 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Shaft-hub connection having a shaft with a feather key groove, a hollow shaft, and a feather key, and method for producing a shaft-hub connection

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