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Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung, umfassend eine außenverzahnte Welle sowie eine innenverzahnte Nabe, wobei die Welle und die Nabe über eine Steckverzahnung miteinander gekoppelt sind.
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Aus der
EP 2 643 609 A1 geht eine Verspanneinrichtung für eine Welle-Nabe-Verbindung in einer Drehmomentübertragungsvorrichtung eines Antriebstranges hervor. Die Welle-Nabe-Verbindung umfasst eine axiale Steckverzahnung zwischen einer außenverzahnten Welle und einer innenverzahnten Nabe, wobei zum Verspannen von Welle und Nabe ein außenverzahnter Zahnring vorgesehen ist, der einen Grundkörper mit an der radial äußeren Seite ausgebildeten Zähnen und an der radial inneren Seite des Grundkörpers vorgesehene und blattfederartig ausgebildete Befestigungszungen umfasst. Die dem Grundkörper gegenüberliegenden Enden der blattfederartig ausgebildeten Befestigungszungen sind an der Welle befestigt und die Zähne des Zahnringes greifen in Zähne der Nabe ein. Durch Verdrehen des Zahnringes gegen eine Kraftwirkung der Befestigungszungen ist eine Verspannkraft auf die Welle-Nabe-Verbindung im montierten Zustand erzeugt, die über die Zähne und Befestigungszungen in die Welle-Nabe-Verbindung eingeleitet wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen, die insbesondere ein Leerlaufklappern der Steckverzahnung verhindert. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung umfasst eine Welle mit einer Au-ßenverzahnung, eine an der Welle angeordnete Nabe mit einer Innenverzahnung sowie eine an der Nabe drehfest angeordnete Haltevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, wenigstens zwei federelastisch vorgespannte Vorspannelemente aufzunehmen und zumindest mittelbar zu führen, wobei jedes Vorspannelement tangential zur Welle beweglich angeordnet ist und wellenseitig wenigstens einen Zahn aufweist, der in Zahneingriff mit der Außenverzahnung der Welle steht, und wobei die Vorspannelemente dazu eingerichtet sind, die Nabe gegenüber der Welle, und umgekehrt, in Umfangsrichtung vorzuspannen.
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Die Welle und die Nabe sind über ihre jeweiligen Verzahnungen formschlüssig derart miteinander gekoppelt, dass zwischen ihnen eine Drehbewegung übertragbar ist. Die Innenverzahnung steht mit der Außenverzahnung in Zahneingriff. Diese Kopplung muss gewisse Relativbewegungen zulassen und zudem montagefreundlich ausgestaltet sein, sodass zwischen der Steckverzahnung ein gewisses Spiel vorliegt, das im Betrieb, insbesondere bei Drehrichtungsumkehr oder im Leerlauf eines Antriebsstranges, also wenn kein Drehmoment zwischen der Welle und der Nabe übertragen wird, zur Entwicklung von unerwünschten Geräuschen führt. Es kann ebenfalls bei geringen Drehmomenten zum Klappern der Steckverzahnung kommen.
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Die Welle kann beispielsweise eine Getriebeeingangswelle des Antriebsstranges sein sowie antriebswirksam mit einer Antriebswelle einer Antriebseinheit verbunden sein. Die Nabe kann mit einem Getriebe wirkverbunden sein. Mittels der hier vorgeschlagenen Welle-Nabe-Verbindung wird ein Klappern, insbesondere ein Leerlaufklappern, verhindert, indem die miteinander gekoppelten Bauteile zueinander vorgespannt und damit spielfrei zueinander angeordnet werden. Die Vorspannelemente sind zur Übertragung des geforderten Drehmoments vorgesehen, wobei die Vorspannelemente dieses Drehmoment durch Vorspannung bzw. Reibung zwischen der Nabe und der Welle übertragen.
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Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes, eines Antriebsstranges oder dergleichen drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
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Die Nabe dient insbesondere dazu, ein sich drehendes Bauteil, beispielsweise die damit gekoppelte Welle, mit einem weiteren Bauteil zumindest drehfest zu verbinden und dadurch eine Kraftübertragung zu ermöglichen. Die Nabe kann wiederum beispielsweise mit einem Zahnrad, einer weiteren Welle oder dergleichen verbunden sein. Die Kraftübertragung zwischen der Welle und der Nabe erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen formschlüssig, und zwar über die Steckverzahnung.
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Die an der Haltevorrichtung gehaltenen und in Vorspannrichtung geführten Vorspannelemente realisieren die Spielfreiheit zwischen der Nabe und der Welle, indem der jeweilige Zahn des federvorgespannten Vorspannelements an eine Zahnflanke eines Zahnes der Außenverzahnung der Welle gedrückt wird. Damit stützt sich das jeweilige Vorspannelement zumindest mittelbar zwischen der Welle und der Nabe ab. Besonders bei geringen Lasten oder im Leerlauf ist dadurch ein permanentes, das heißt ein ununterbrochenes, zur Anlage kommen zwischen den miteinander in Steckverzahnung stehenden Teilen gewährleistet.
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Federelastisch bedeutet im Rahmen dieser Erfindung, dass sich das Material des jeweiligen federelastischen Bauteils oder eines federelastisch ausgebildeten Abschnitts eines Bauteils in dessen Arbeitsbereich gemäß dem Hook'schen Gesetz verhält und dementsprechend eine Federkonstante besitzt. Das Material wird dabei zudem ausreichend steif gewählt, sodass zum einen eine Montage der Steckverzahnung möglich und zum anderen eine hinreichende Verspannung des jeweiligen Vorspannelements zwischen der Welle und der Nabe gewährleistet ist. Die federelastische Abstützung kann mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art sein. Vorteilhaft ist das Vorsehen von Federelementen, insbesondere Druckfedern, oder von federelastischen Bauteilen.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen dem jeweiligen Vorspannelement und der Nabe noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit dem jeweiligen Vorspannelement und/oder der Nabe wirkverbunden sind.
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Unter einer zumindest mittelbaren Führung der Vorspannelemente durch die Haltevorrichtung ist zu verstehen, dass die Vorspannelemente entweder direkt, also unmittelbar, durch eine entsprechende Ausgestaltung oder Ausformung der Haltevorrichtung geführt sind, oder aber indirekt, also lediglich mittelbar, durch entsprechende mit der Haltevorrichtung verbundene Führungsmittel geführt ist. Beispielsweise kann in letztgenanntem Fall die Haltevorrichtung derart an der Nabe befestigt sein, dass die Führung der Vorspannelemente wenigstens teilweise durch entsprechende Mittel an der Nabe erfolgt, wobei die Vorspannelemente durch die Haltevorrichtung positioniert und axial sowie radial gesichert sind. Derartige Mittel können beispielsweise Ausnehmungen in der Nabe sein, die die Vorspannelemente wenigstens teilweise führen.
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Die Haltevorrichtung ist axial- und drehfest an der Nabe angeordnet sowie zum einen dazu vorgesehen, die Vorspannelemente in ihrer axialen und radialen Position zu halten. Zum anderen ist die Haltevorrichtung dazu vorgesehen, die Vorspannelemente in Vorspannrichtung zu führen. Mit anderen Worten sind die Mittel zur Führung der Vorspannelemente im Wesentlichen tangential zur Welle verlaufen angeordnet. Die Haltevorrichtung verhindert zusammen mit der Nabe eine axiale und radiale Bewegung der Vorspannelemente relativ zur Welle. An der Haltevorrichtung sind Mittel zur Vorspannung der Vorspannelemente vorgesehen.
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Die Vorspannelemente sind in tangentialer Richtung relativ zur Welle geführt und bewirken durch eine tangentiale Bewegung relativ zur Welle eine Vorspannung der Welle relativ zur Nabe in Umfangsrichtung der Welle, indem die Vorspannelemente zumindest mittelbar zwischen der Nabe und der Welle federelastisch verspannt werden. Die Vorspannrichtung des jeweiligen Vorspannelements, in der es beweglich angeordnet ist, verläuft damit tangential zur Welle.
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Vorzugsweise sind vier gleichmäßig über den Umfang verteilte federvorgespannte Vorspannelemente vorgesehen. Dadurch wird eine gleichmäßige Lastverteilung und Kraftübertragung realisiert, wobei insbesondere je zwei Vorspannelemente radial betrachtet gegenüberliegend angeordnet sind. Die Vorspannelemente sind bevorzugt derart federelastisch vorgespannt, dass die Welle relativ zur Nabe, und umgekehrt, durch alle Vorspannelemente in eine einzige Umfangsrichtung vorgespannt wird. Die Vorspannung der Vorspannelemente erfolgt demnach im Sinn der Rotationsrichtung der Welle-Nabe-Verbindung.
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Bevorzugt sind am jeweiligen Vorspannelement wellenseitig wenigstens zwei bezogen auf die Umfangsrichtung der Welle benachbarte Zähne angeformt, die mit der Außenverzahnung der Welle in Zahneingriff stehen. Je nach Drehrichtung bzw. nach Richtung des wirkenden Drehmoments steht jeweils eines der beiden Zähne in Zahneingriff mit der Außenverzahnung. Bei einer Drehrichtungsumkehr wechselt der jeweilige Zahneingriff vom ersten auf den zweiten Zahn des jeweiligen Vorspannelements, oder umgekehrt. Die Zähne sind bevorzugt komplementär zu den Zähnen der Außenverzahnung der Welle ausgebildet.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Vorspannelement ein Gleitelement, welches in einer ersten Ausnehmung an der Haltevorrichtung aufgenommen und in Vorspannrichtung geführt ist. In je einer ersten Ausnehmung ist ein als Gleitelement ausgebildetes Vorspannelement aufgenommen und in Vorspannrichtung, also im Wesentlichen tangential zur Welle, geführt. Die ersten Ausnehmungen ermöglichen als eine Art Kolben die Verlagerung des jeweiligen darin geführten Gleitelements. Ferner sind die ersten Ausnehmungen derart ausgebildet, dass der jeweilige Zahn des Vorspannelements wellenseitig aus der dazugehörigen ersten Ausnehmung in radialer Richtung zur Welle hervorsteht mit der Außenverzahnung der Welle in Zahneingriff steht.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Gleitelement durch wenigstens ein ebenfalls in der dazugehörigen ersten Ausnehmung aufgenommenes Federelement in Vorspannrichtung vorgespannt. Demnach dient die erste Ausnehmung zur Aufnahme eines Vorspannelements und wenigstens eines Federelements. Das jeweilige Federelement ist beispielsweise eine Druckfeder, insbesondere eine Spiralfeder, oder ein Tellerfederpaket. Druckfedern nehmen beim Zusammendrücken Kräfte in Form von potenzieller Energie auf, und geben diese beim Entspannen wieder ab. Das Gleitelement stützt sich in dessen Verlagerungsrichtung bzw. in seiner jeweiligen Vorspannrichtung einerseits über das Federelement an der Haltvorrichtung und andererseits an einer Zahnflanke eines Zahnes der Außenverzahnung der Welle axial ab. Das jeweilige Federelement ist somit bevorzugt im Kraftfluss zwischen der Haltevorrichtung sowie dem Vorspannelement angeordnet.
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Zur sicheren axialen Führung und Kraftaufnahme weist das jeweilige Vorspannelement bzw. Gleitelement eine Aussparung zur teilweisen axialen Aufnahme des dazugehörigen Federelements auf.
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Vorzugsweise ist die Außenverzahnung der Welle axial über die Nabe hervorstehend ausgebildet, derart, dass der jeweilige Zahn des Vorspannelements in Zahneingriff mit der Außenverzahnung der Welle steht. Die Haltevorrichtung kommt dabei axial an der Nabe zur Anlage und ist daran befestigt. Die axiale Länge der Außenverzahnung der Welle ist damit länger als die axiale Länge der Nabe, insbesondere der Innenverzahnung der Nabe. Der Überstand der Außenverzahnung ist derart gewählt, dass die Welle sowohl mit dem jeweiligen Zahn am Vorspannelement sowie mit der Innenverzahnung der Nabe in Zahneingriff steht.
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Damit die Haltevorrichtung sicher an der Nabe befestigt werden kann sowie eine Verdrehsicherung realisiert wird, ist an der Haltevorrichtung wenigstens ein Stift oder Bolzen angeformt, der in eine komplementäre Öffnung an der Nabe einsetzbar ist, um die Haltevorrichtung an der Nabe zu befestigen. Bevorzugt sind zwei oder mehrere Stifte oder Bolzen an der Haltevorrichtung angeordnet, die bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung in entsprechende Öffnungen an der Nabe eingesteckt werden können. Selbstverständlich können alternativ oder ergänzend an der Nabe entsprechende Bolzen oder Stifte angeformt oder befestigt sein, die bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung in Öffnungen an der Haltevorrichtung einsteckbar sind. In beiden Fällen sind die Bolzen bzw. Stifte fluchtend zu den dazugehörigen Öffnungen ausgerichtet. Die Haltevorrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel als massives, bevorzugt einstückig ausgeformtes, Deckelelement ausgebildet. Am Stift oder Bolzen können zudem Schraubgewinde ausgeformt sein.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Haltevorrichtung ein Federblech, wobei das Federblech für jedes Vorspannelement wenigstens einen federelastischen Schenkel aufweist, der derart am Federblech angeformt ist, dass das jeweilige Vorspannelement in dessen Vorspannrichtung vorgespannt ist, um die Nabe gegenüber der Welle, und umgekehrt, in Umfangsrichtung vorzuspannen. Mit anderen Worten wird der an dem jeweiligen Vorspannelement angeformte Zahn unmittelbar durch die Haltevorrichtung an die Außenverzahnung der Welle gedrückt, wobei die Vorspannung zur Realisierung der Spielfreiheit zwischen der Welle und der Nabe von dem am Federblech angeformten Schenkel bewirkt wird.
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Ein Blech, insbesondere ein Federblech, ist ein dünnwandiges Bauteil, dessen Breite und Länge sehr viel größer als seine Dicke sind. Das Federblech ist insbesondere gestanzt und umgeformt, wobei die Schenkel einteilig mit dem übrigen Federblech verbunden sind. Die Schenkel verlaufen im Wesentlichen quer zum übrigen Federblech. Die Ausrichtung der Schenkel ist hauptsächlich abhängig von der Ausgestaltung der Vorspannelemente sowie der zu erzeugenden Vorspannkraft. Mittels des jeweiligen federelastisch vorspannend wirkenden Schenkels wird das daran abgestützte Vorspannelement in dessen Vorspannrichtung mit der entsprechenden Vorspannkraft beaufschlagt, um das jeweilige Vorspannelement über den daran angeformten Zahn zwischen der Welle und der Nabe zu verspannen.
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Zur Führung und Positionierung der Vorspannelemente sind an der Nabe zweite Ausnehmungen ausgebildet, wobei die jeweilige zweite Ausnehmung dazu eingerichtet ist, eines der Vorspannelemente sowie den dazugehörigen Schenkel des Federblechs aufzunehmen. Bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung wird somit eines der Vorspannelemente zusammen mit dem dazugehörigen Schenkel des Federblechs in die jeweilige zweite Ausnehmung axial eingesetzt.
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Vorzugsweise ist am Federblech wenigstens ein Rastelement mit einem Rastabschnitt angeformt, wobei der Rastabschnitt dazu eingerichtet ist, im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung in einem komplementär ausgebildeten Hinterschnitt an der Nabe zur Anlage zu kommen. Dadurch wird das Federblech wenigstens axial an der Nabe befestigt. An der Nabe kann ein axialer Vorsprung angeformt sein, an dem der Hinterschnitt wenigstens teilweise umlaufend ausgebildet ist. Analog zu den Schenkeln können auch die Rastelemente mit den Rastabschnitten durch Stanzen und Umformen aus dem übrigen Federblech herausgeformt sein. Bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung wird das Federelement auf die Nabe aufgeclipst, und zwar derart, dass der Rastabschnitt im Hinterschnitt zur Anlage kommt und so wenigstens ein axiales Bewegen des Federblechs relativ zur Nabe verhindert. Weist die Nabe den axialen Vorsprung auf, umgreift ein Arm des Rastelements, an dessen Ende der Rastabschnitt angeformt ist, den Vorsprung entsprechend, damit der Rastabschnitt in den Hinterschnitt eingreifen kann. Es handelt sich dabei um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen dem Federblech und der Nabe.
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Der montierte Zustand der Welle-Nabe-Verbindung liegt vor, wenn die Welle und die Nabe miteinander gekoppelt sind, das heißt wenn die entsprechenden Verzahnungen der Welle und der Nabe miteinander in Zahneingriff stehen, sowie die Haltevorrichtung mit den Vorspannelementen derart an der Nabe angeordnet sind, dass die Vorspannelemente zumindest mittelbar zwischen der Welle und der Nabe verspannt sind, um die Welle gegenüber der Nabe, und umgekehrt, in Umfangsrichtung der Welle vorzuspannen.
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Bevorzugt sind an der Nabe Vertiefungen zur Aufnahme des Rastelements angeordnet, um eine Verdrehung der Haltevorrichtung relativ zur Nabe zu verhindern. Die Vertiefungen sind insbesondere an einem axialen Vorsprung ausgebildet, wobei die jeweilige Vertiefung komplementär zu den Abmessungen des Rastelements, insbesondere zur Breite des Arms des Rastelements und des Rastabschnitts, ausgebildet ist. Dadurch wird eine Verdrehsicherung realisiert, sodass die Haltevorrichtung nicht relativ zur Nabe verdrehen kann. Dadurch wird eine sichere Drehmomentbeaufschlagung zur Vorspannung der Nabe relativ zur Welle, und umgekehrt, sichergestellt.
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Die Rastelemente können ebenso wie die Vertiefungen gleichmäßig am Umfang der Nabe, insbesondere des axialen Vorsprungs, verteilt ausgebildet sein.
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Ferner bevorzugt ist je ein Rastelement radial betrachtet außerhalb des jeweiligen Vorspannelements am Federblech angeformt. Mithin weist das Federblech mindestens ein Rastelement, vorzugsweise mindestens zwei Rastelemente, bevorzugt vier Rastelemente, auf, das bzw. die radial betrachtet außerhalb der Schenkel ausgebildet sind. Durch die benachbarte Anordnung der Schenkel zu den Rastelementen wird eine sichere Positionierung der Vorspannelemente in der zweiten Ausnehmung der Nabe und damit eine sichere, und insbesondere spielfreie, Funktionsweise der Welle-Nabe-Verbindung sichergestellt.
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Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung aus Metall oder aus Kunststoff ausgebildet. Metall weist gegenüber Kunststoff höhere Festigkeiten auf, wohingegen Kunststoff in der Regel günstiger herstellbar und leichter ist. Eine aus Kunststoff hergestellte Haltevorrichtung ist beispielsweise durch Spritzguss hergestellt. Eine aus Metall hergestellte Haltevorrichtung kann gewalzt, geschmiedet und/oder gestanzt hergestellt sein. Zudem können Umformschritte vorgesehen sein, um beispielsweise die federelastischen Schenkel und/oder die Rastelemente auszuformen. Ferner ist eine Hybridbauweise denkbar. Insbesondere kann die Haltevorrichtung aus Metall mit einem umspritzten Kunststoff ausgebildet sein.
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Die Welle-Nabe-Verbindung ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung in einem Torsionsdämpfer eines Antriebsstranges einsetzbar. Der Torsionsdämpfer kann ein Zwei-Massen-Schwungrad aufweisen, wobei der Torsionsdämpfer auf einer Primärseite mit dem Motor verschraubt ist und auf einer Sekundärseite mit der Nabe verbunden ist, die wiederum direkt oder indirekt mit einem Getriebe wirkverbunden ist. Zwischen der Primär- und Sekundärseite des Torsionsdämpfers kann sich ein Dämpfersystem mit Federelementen befinden, wobei ein Drehmoment in Umfangsrichtung mittels der Federelemente zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite übertragen wird. Die Welle-Nabe-Verbindung ist insbesondere in Doppelkupplungsgetrieben oder in Hybridgetrieben vorteilhaft einsetzbar.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Haltevorrichtung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1 und 2, und
- 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Gemäß 1 bis 4 ist eine Welle-Nabe-Verbindung in zwei unterschiedlichen exemplarischen Ausführungsformen dargestellt, die jeweils beispielsweise in einem - hier nicht dargestellten - Torsionsdämpfer eines Antriebsstranges eingesetzt werden können. Die Welle-Nabe-Verbindung umfasst eine - hier nur teilweise dargestellte - Welle 1 mit einer Außenverzahnung 1a, eine an der Welle 1 angeordnete Nabe 2 mit einer Innenverzahnung 2a sowie eine ringförmige Haltevorrichtung 3. Die Haltevorrichtung 3 ist an der Nabe 2 dreh- und axialfest angeordnet sowie dazu eingerichtet, vorliegend vier gleichmäßig über den Umfang verteilte federelastisch vorgespannte Vorspannelemente 4a, 4b, 4c, 4d aufzunehmen und zumindest mittelbar zu führen. Jedes der Vorspannelemente 4a - 4d ist tangential zur Welle 1 beweglich angeordnet und geführt, wobei an jedem Vorspannelement 4a - 4d wellenseitig wenigstens einen keilförmiger Zahn 5a angeordnet ist, der in Zahneingriff mit der Außenverzahnung 1a der Welle 1 steht. Der jeweilige Zahn 5a jedes vorgespannten Vorspannelements 4a - 4d drückt gegen eine Zahnflanke der Außenverzahnung 1a und bewirkt dadurch eine Verspannung der Nabe 2 gegenüber der Welle 1, und umgekehrt, in Umfangsrichtung, wodurch eine spielfreie Welle-Nabe-Verbindung realisiert wird, die insbesondere ein Klappern der miteinander verbundenen Teile in einem Leerlauf des Antriebsstranges, also wenn kein Drehmoment zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 übertragen wird, oder bei geringen zu übertragenden Drehmomenten zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 verhindert.
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Gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 ist das jeweilige Vorspannelement 4a - 4d als Gleitelement 6 bzw. als Gleitstein ausgebildet, der zusammen mit einem jeweiligen als Spiralfeder ausgebildeten Federelement 8 in einer jeweiligen ersten Ausnehmung 7 an der hier als Deckel ausgeführten Haltevorrichtung 3 aufgenommen ist. An jedem Vorspannelement 4a - 4d ist genau ein Zahn 5a angeformt. Mittels des sich an der Haltevorrichtung 3 abstützenden Federelements 8 wird das jeweilige Gleitelement 6 in eine jeweilige Vorspannrichtung A1 - A4 vorgespannt, wie in 3 zu sehen ist, wobei die Vorspannung der Welle 1 gegenüber der Nabe 2 mittels aller Vorspannelemente 4a - 4d im Sinn einer Rotationsrichtung erfolgt.
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Bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung, also bei Herstellung der Steckverzahnung zwischen der Welle 1 und der Nabe 2, werden die Federelemente 8 komprimiert, da die Gleitelemente 6 entgegen ihrer jeweiligen Vorspannrichtung A1 - A4 verlagert werden. Die Federelemente 8 tendieren dazu, wieder zu entspannen, sodass die Zähne 5a der Gleitelemente 6 an einer jeweiligen Zahnflanke der Außenverzahnung 1 a zur Anlage kommen und so die Vorspannung der Nabe 2 gegenüber der Welle 1, und umgekehrt, bewirken. Die Gleitelemente 6 werden also durch das jeweilige Federelement 8 in die Vorspannrichtung A1 - A4 verlagert bzw. gedrückt.
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Die federvorgespannten Vorspannelemente 4a - 4d erwirken, dass die Nabe 2 gegenüber der Welle 1 in nur eine Umfangsrichtung vorgespannt ist bzw. wird. In der Darstellung nach 3 bedeutet dies, dass das erste Vorspannelement 4a nach rechts, das zweite Vorspannelement 4b nach unten, das dritte Vorspannelement 4c nach links und das vierte Vorspannelement 4d nach oben vorgespannt sind, sodass die Krafteinwirkung auf die Welle 1 im Uhrzeigersinn erfolgt, um die Welle 1 gegenüber der Nabe 2 vorzuspannen und so eine spielfreie Anordnung zu realisieren. Zur Abstützung der Haltevorrichtung 3 an der Nabe 2 sind an der Haltevorrichtung 3 vier schematisch dargestellte Bolzen 9 angeformt, die axial in komplementäre Öffnungen 10 an der Nabe 2 einsetzbar sind. Die Bolzen 9 können Schrauben sein, die an der Nabe 2 entsprechend verschraubt werden. Die ringförmige Haltevorrichtung 3 ist vorliegend aus Kunststoff ausgebildet.
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Die jeweilige erste Ausnehmung 7 ist vorliegend im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die Breite der ersten Ausnehmung 7 in radialer Richtung der Welle-Nabe-Verbindung in etwa der Breite des jeweiligen Gleitelements 6 entspricht, sodass das jeweilige Gleitelement 6 innerhalb der ersten Ausnehmung 7 in dessen axialer Längsrichtung bzw. in der jeweiligen Vorspannrichtung A1 - A4 geführt ist. Die Länge der ersten Ausnehmung 7 ist größer als die Länge des jeweiligen Gleitelements 6 gewählt, derart, dass das jeweilige Gleitelement 6 zur Realisierung der Vorspannung entsprechend der Federkraft und des Federwegs des Federelements 8 axial verlagern kann. Wellenseitig ist die erste Ausnehmung 7 abschnittsweise geöffnet ausgebildet, wobei der jeweilige Zahn 5a aus der Ausnehmung 7 in radialer Richtung zur Welle 1 hin hervorsteht, um in Zahneingriff mit der Außenverzahnung 1a stehen zu können. Der jeweilige Zahn 5a erstreckt sich über die gesamte Breite des jeweiligen Gleitelements 6, um eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Zahn 5a und der jeweiligen Zahnflanke der Außenverzahnung 1a, mit der er in Eingriff steht, zu realisieren. Die Außenverzahnung 1a der Welle 1 ist in axialer Richtung über die Nabe 2 hervorstehend ausgebildet, und zwar derart, dass der jeweilige Zahn 5a des dazugehörigen Vorspannelements 4a - 4d in Zahneingriff mit der Au-ßenverzahnung 1a der Welle 1 steht.
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Der jeweilige Zahn 5a des Gleitelements 6 weist eine Montageschräge 20 auf. Die Montageschräge 20 ist derart ausgebildet, dass das Gleitelement 6 mit dem Zahn 5a auf die Welle 1 mit der Außenverzahnung 1a gefädelt werden kann. Anders gesagt kann das Gleitelement 6 beim Stecken bzw. Montieren der außenverzahnten Welle 1 entgegen der Federvorspannkraft des jeweiligen Federelements 8 verschoben werden, während der Zahn 5a des Gleitelements 6, zunächst mit der Montageschräg 20 und anschließend mit der übrigen Zahnflanke an einem jeweiligen Zahn der Außenverzahnung 1a der Welle 1 abgleitet. Der Zahn 5a des Gleitelements 6 fluchtet nach der Montage der Welle-Nabe-Verbindung mit einem Zahn der Innenverzahnung 2a der Nabe 2.
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Zur sicheren Führung des Vorspannelements 4a - 4d weist es jeweils eine Aussparung 19 zur teilweisen axialen Aufnahme des dazugehörigen Federelements 8 auf. Die Aussparung 19 ist komplementär zur Form des jeweiligen Federelements 8 ausgebildet.
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Nach einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Haltevorrichtung 3 ein als Ringscheibe ausgebildetes, metallisches Federblech 11, das durch Stanzen und Umformen herstellbar ist. Anstelle der Federelemente 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Federblech 11 für jedes Vorspannelement 4a - 4d je einen daran einteilig angeformten, federelastischen Schenkel 12a - 12d auf, der jeweils zur Nabe 2 hin umgeformt ist. Mittels des jeweiligen Schenkels 12a - 12d ist das jeweilige Vorspannelement 4a - 4d analog zu den vorherigen Ausführung in die jeweilige Vorspannrichtung A1 - A4 vorgespannt, um die Nabe 2 gegenüber der Welle 1, und umgekehrt, in Umfangsrichtung vorzuspannen und dadurch das Spiel zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 zu eliminieren.
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Die Führung der Vorspannelemente 4a - 4d erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels der Nabe 2, an der dazu zweite Ausnehmungen 13 ausgebildet sind. Die jeweilige zweite Ausnehmung 13 ist vorliegend im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die Breite der zweiten Ausnehmung 13 in radialer Richtung der Welle-Nabe-Verbindung in etwa der Breite des jeweiligen Vorspannelements 4a - 4d entspricht, sodass das jeweilige Vorspannelement 4a - 4d innerhalb der zweiten Ausnehmung 13 im montierten Zustand in dessen axialer Längsrichtung bzw. in der jeweiligen Vorspannrichtung A1 - A4 geführt und entsprechend vorgespannt ist. Die Länge der zweiten Ausnehmung 13 ist größer als die Länge des jeweiligen Vorspannelements 4a - 4d gewählt, derart, dass das jeweilige Vorspannelement 4a - 4d zur Realisierung der Vorspannung entsprechend der Federkraft des jeweiligen Schenkels 12a - 12d axial verlagern kann.
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Zur sicheren Führung des Vorspannelements 4a - 4d weist es jeweils eine Aussparung 19 zur teilweisen axialen Aufnahme des dazugehörigen Schenkels 12a - 12d auf. Die Aussparung 19 ist komplementär zur Form des jeweiligen Schenkels 12a - 12d ausgebildet.
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Wellenseitig ist die zweite Ausnehmung 13 geöffnet ausgebildet, wobei die Innenverzahnung 2b der Nabe 2 im Bereich der zweiten Ausnehmung 13 ausgespart ist. Vorliegend sind an jedem Vorspannelement 4a - 4d zwei Zähne 5a, 5b angeformt, die mit der Außenverzahnung 1 a der Welle 1 in Zahneingriff stehen. Die Zähne 5a, 5b des erste Vorspannelements 4a sind hier exemplarisch mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen. Dadurch kann eine spielfreie Anordnung in beide Drehrichtungen realisiert werden. Somit kann die Welle 1 gegenüber der Nabe 2 auch bei einer Drehrichtungsumkehr spielfrei angeordnet werden, um insbesondere ein Leerlaufklappern oder ein Klappern bei sehr geringen Drehmomenten zu verhindern. Die Zähne 5a, 5b erstrecken sich über die gesamte Breite des jeweiligen Vorspannelements 4a - 4d
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Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist die Nabe 2 einen axialen Vorsprung 18 auf, an dem die zweiten Ausnehmungen 13 angeordnet und die Vorspannelemente 4a - 4d geführt sind. Jede zweite Ausnehmung 13 ist dazu eingerichtet, ein jeweiliges Vorspannelement 4a - 4d sowie einen dazugehörigen Schenkel 12a - 12d des Federblechs 11 axial aufzunehmen. Der Schenkel 12a - 12d stützt sich dabei nicht an der Nabe 2 ab.
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Die Abstützung der wirkenden Lasten erfolgt vielmehr über vier am Federblech 11 angeformte Rastelemente 14. Die Rastelemente 14 weisen jeweils einen hakenförmigen Rastabschnitt 15 auf, der dazu eingerichtet ist, im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung in einem komplementär ausgebildeten Hinterschnitt 16 am axialen Vorsprung 18 der Nabe 2 zur Anlage zu kommen, um die Haltevorrichtung 3 im Wesentlichen axial an der Nabe 2 zu befestigen. Die Rastelemente 14 sind ferner durch am axialen Vorsprung 18 ausgebildete Vertiefungen 17 geführt, die eine Rotation der Haltevorrichtung 3 relativ zur Nabe 2 verhindern. Mithin ist das Federblech 11 axialfest und verdrehgesichert am axialen Vorsprung 18 bzw. an der Nabe 2 angeordnet.
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Je ein Rastelement 14 des Federblechs 11 ist radial betrachtet außerhalb des jeweiligen Vorspannelements 4a - 4d am Federblech 11 angeformt.
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Im Übrigen wird für das zweite Ausführungsbeispiel auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 1a
- Außenverzahnung
- 2
- Nabe
- 2a
- Innenverzahnung
- 3
- Haltevorrichtung
- 4a
- Erstes Vorspannelement
- 4b
- Zweites Vorspannelement
- 4c
- Drittes Vorspannelement
- 4d
- Viertes Vorspannelement
- 5a
- Erster Zahn
- 5b
- Zweiter Zahn
- 6
- Gleitelement
- 7
- Erste Ausnehmung
- 8
- Federelement
- 9
- Bolzen
- 10
- Öffnung
- 11
- Federblech
- 12a
- Erster Schenkel
- 12b
- Zweiter Schenkel
- 12c
- Dritter Schenkel
- 12d
- Vierter Schenkel
- 13
- Zweite Ausnehmung
- 14
- Rastelement
- 15
- Rastabschnitt
- 16
- Hinterschnitt
- 17
- Vertiefung
- 18
- Axialer Vorsprung
- 19
- Aussparung
- 20
- Montageschräge
- A1
- Erste Vorspannrichtung
- A2
- Zweite Vorspannrichtung
- A3
- Dritte Vorspannrichtung
- A4
- Vierte Vorspannrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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