-
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.
-
Aus der WO 2012/ 069 028 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 Verspannungskraft auf die Welle-Nabe-Verbindung im montierten Zustand erzeugt, die über die Zähne und Befestigungszungen in die Welle-Nabe-Verbindung eingeleitet wird.
-
DE 10 2018 110 076 A1 offenbart ferner eine Welle-Nabe-Verbindung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Welle mit einer Außenverzahnung und einem auf dieser mittels einer ersten, in die Außenverzahnung eingreifenden, momentübertragenden Innenverzahnung drehschlüssig aufgenommenen Nabenteil. An dem Nabenteil ist ein einen axialen Bereich des Nabenteils radial außen übergreifendes Käfigteil mittels einer zweiten in die Außenverzahnung eingreifenden Innenverzahnung in Umfangsrichtung vorgespannt aufgenommen. Das Käfigteil weist an dessen Innumfang drei in wenigstens eine Umfangsrichtung federelastisch verformbare Vorspannarme auf, die derart an der Nabe angeordnet sind, dass sie das Vorspannelement mit der Nabe in Umfangsrichtung vorspannen. Die Vorspannarme bzw. Bügel sind an Zähnen angeformt, die im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung in Zahneingriff mit der Außenverzahnung der Welle stehen.
-
Des Weiteren offenbart
DE 10 2015 225 008 A1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem eine Innenverzahnung aufweisenden Nabenteil und einem Wellenteil mit einer Außenverzahnung. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung bilden eine Steckverbindung mit einem Drehschluss mit Zahnflankenspiel. Das Nabenteil und das Wellenteil sind in Umfangsrichtung gegeneinander mittels einer aus Federdraht hergestellten Bogenspange gegeneinander vorgespannt.
-
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.
-
Eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung umfasst eine Welle mit einer Au-ßenverzahnung, eine an der Welle angeordnete Nabe mit einer Innenverzahnung sowie ein an der Nabe angeordnetes Vorspannelement mit zumindest zwei in wenigstens eine Umfangsrichtung federelastisch verformbaren Vorspannarmen, wobei die Vorspannarme derart an der Nabe angeordnet sind, dass sie das Vorspannelement mit der Nabe wenigstens in Umfangsrichtung verspannen, und wobei das Vorspannelement eine Innenverzahnung aufweist, die im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung in Zahneingriff mit der Außenverzahnung der Welle steht, derart, dass das Vorspannelement die Nabe gegenüber der Welle, und umgekehrt, in Umfangsrichtung vorspannt.
-
Der montierte Zustand der Welle-Nabe-Verbindung liegt vor, wenn die Welle und die Nabe derart miteinander verbunden sind, dass eine drehfeste Verbindung besteht. Anders gesagt liegt der montierte Zustand der Welle-Nabe-Verbindung liegt vor, wenn die entsprechenden Verzahnungen der Welle und der Nabe miteinander in Zahneingriff stehen, sowie das Vorspannelement derart an der Nabe angeordnet ist, dass es zwischen der Welle und der Nabe verspannt ist, um die Welle gegenüber der Nabe, und umgekehrt, in Umfangsrichtung der Welle vorzuspannen. Demgegenüber liegt ein demontierter Zustand der Welle-Nabe-Verbindung vor, solange die Welle noch nicht mit der Nabe gekoppelt wurde.
-
Die Welle und die Nabe sind im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung über ihre jeweiligen Verzahnungen formschlüssig derart miteinander gekoppelt, dass zwischen ihnen eine Drehbewegung übertragbar ist. Die Innenverzahnung der Nabe steht mit der Außenverzahnung der Welle 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, zu unerwünschten Geräuschen führt. Es kann ebenfalls bei geringen Drehmomenten zu einem Klappern der Steckverzahnung kommen.
-
Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten eines 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.
-
Die Welle kann beispielsweise eine Getriebeeingangswelle des Antriebsstranges sein sowie antriebswirksam mit einer Antriebswelle einer Antriebseinheit verbunden sein. Die Nabe kann mit einem Getriebe eines Fahrzeugs 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. Das Vorspannelement erzeugt eine Vorspannung in Umfangsrichtung, üblicherweise von bis zu 15 Nm, sodass ein Spiel zwischen der Welle und der Nabe im Leerlauf verhindert wird. Mithin erzeugt das Vorspannelement ein geringes Drehmoment, wobei das Drehmoment durch Vorspannung bzw. Reibung zwischen der Nabe und der Welle übertragen wird.
-
Zur Montage der Welle-Nabe-Verbindung wird zunächst das Vorspannelement mit der Nabe verbunden und verspannt. Dabei wird das Vorspannelement koaxial zur Nabe angeordnet und in Richtung der Nabe verlagert, sodass die Vorspannarme das Vorspannelement mit der Nabe wenigstens in Umfangsrichtung verspannen.
-
Vorzugsweise ist der jeweilige Vorspannarm wenigstens abschnittsweise durch eine dazugehörige Durchgangsöffnung an der Nabe hindurchgeführt und stützt sich zumindest innerhalb der Durchgangsöffnung an der Nabe ab. Die jeweilige Durchgangsöffnung ist im Wesentlichen achsparallel zur Längsachse der Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere zur Nabe und zur Welle, angeordnet. Die Durchgangsöffnungen sind vorteilhafterweise jeweils als Durchgangsbohrung, also mit rundem Querschnitt, ausgebildet und begrenzen eine Bewegung des jeweils darin aufgenommenen Vorspannarms in Umfangsrichtung. Bei der Montage des Vorspannelements an der Nabe wird der jeweilige Vorspannarm durch die geometrische Ausgestaltung der jeweiligen Durchgangsbohrung relativ zum übrigen Vorspannelement verformt, sodass es zur Verspannung des Vorspannelements mir der Nabe zumindest in Umfangsrichtung kommt. Mithin wird das Vorspannelement wenigstens in eine der Umfangsrichtungen elastisch verformt, um die Verspannungswirkung in die jeweilige Umfangsrichtung zu erzielen. Dabei kann der jeweilige Vorspannarm derart ausgeformt sein, dass eine Verspannungswirkung in lediglich eine Umfangsrichtung erzielt wird. Alternativ kann der jeweilige Vorspannarm derart ausgeformt sein, dass eine Verspannungswirkung in beide Umfangsrichtungen der Welle-Nabe-Verbindung erzielt wird. Im Anschluss an die Vorspannelementmontage wird die Welle montiert, also mit der Nabe sowie dem Vorspannelement gekoppelt.
-
Wird nachfolgend der Wortlaut „vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung“ verwendet, so ist darunter der Zeitpunkt zu verstehen, in dem das Vorspannelement mit der Nabe gekoppelt und verspannt wurde, wobei die Welle jedoch noch nicht mit der Nabe gekoppelt wurde bzw. die Steckverzahnung noch nicht ineinandergefügt wurde. Der Wortlaut „vor der Montage des Vorspannelements“ bezeichnet den Zeitpunkt, in dem das Vorspannelement noch nicht mit der Nabe verbunden bzw. verspannt wurde.
-
Vorzugsweise steht je eine Zahnflanke der Innenverzahnung des Vorspannelements im montierten Zustand des Vorspannelements und vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung über eine dazugehörige Zahnflanke der Innenverzahnung der Nabe in eine erste Umfangsrichtung hervor. Nach der Montage des Vorspannelements und vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung steht je ein Zahn der Innenverzahnung des Vorspannelements in Umfangsrichtung über einen dazugehörigen Zahn der Innenverzahnung der Nabe hervor. Die Nabe und das Vorspannelement weisen bevorzugt die gleiche Zähnezahl auf. Denkbar ist auch, dass die Innenverzahnung des Vorspannelements weniger Zähne aufweist als die Innenverzahnung der Nabe. Jedenfalls muss die Innenverzahnung des Vorspannelements derart ausgebildet sein, dass je nach rotativer Position des Vorspannelements relativ zur Nabe die Zähne dieser Innenverzahnung mit je einem Zahn der Innenverzahnung der Nabe fluchten können.
-
Wird die Welle montiert, also in die Innenverzahnung der Nabe und das Vorspannelement axial eingeschoben, wird das Vorspannelement derart verdreht, dass die zuvor in Umfangsrichtung überstehenden Zähne der Innenverzahnung des Vorspannelements nun mit der Innenverzahnung der Nabe fluchten. Dies geschieht unter federelastischer Verformung der Vorspannarme, wodurch eine Vorspannkraft aufgebaut wird. Im Vorspannelement wird mithin potenzielle Energie gespeichert. Diese Vorspannkraft bewirkt nach der Montage der Welle-Nabe-Verbindung die Vorspannung der Nabe relativ zur Welle, wobei sich das Vorspannelement in Umfangsrichtung einerseits über die Vorspannarme an der Nabe und andererseits über die Innenverzahnung des Vorspannelements an der Welle abstützt.
-
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.
-
Die am Vorspannelement angeformten wenigstens zwei Vorspannarme realisieren die Spielfreiheit zwischen der Nabe und der Welle, indem der jeweilige Vorspannarm durch seine Neigung, die darin gespeicherte potenzielle Energie abzugeben, die Zahnflanken der Innenverzahnung des Vorspannelements an die Zahnflanken der Außenverzahnung der Welle drückt. Damit stützt sich das Vorspannelement zwischen der Welle und der Nabe ab bzw. ist dazwischen verspannt. Besonders bei geringen Lasten oder im Leerlauf ist dadurch ein permanentes, das heißt durch ein ununterbrochenes, zur Anlage kommen zwischen den miteinander in Steckverzahnung stehenden Teilen gewährleistet.
-
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.
-
Federelastisch bedeutet im Rahmen dieser Erfindung, dass sich das Material des Vorspannelements, insbesondere des jeweiligen Vorspannarms, 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 Vorspannelements zwischen der Welle und der Nabe gewährleistet ist.
-
Das Vorspannelement ist im montierten Zustand zumindest drehfest, vorzugsweise axial- und drehfest, an der Nabe angeordnet. Vorzugsweise weist die Nabe einen axialen Vorsprung auf, an dem das Vorspannelement wirksam angeordnet ist. Der axiale Vorsprung verlängert die Innenverzahnung der Nabe in axialer Richtung.
-
Vorzugsweise weist wenigstens ein Zahn der Innenverzahnung des Vorspannelements an einer der beiden Zahnflanken eine Schrägung auf. Anders gesagt ist eine der Zahnflanken des jeweiligen Zahnes als Geradverzahnung, also sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Welle-Nabe-Verbindung erstreckend, ausgebildet, wobei die jeweils andere Zahnflanke des gleichen Zahnes als Schrägverzahnung ausgebildet ist. Sie verläuft also schräg zur Längsachse der Welle-Nabe-Verbindung. Somit verjüngt sich der jeweilige Zahn in axialer Richtung bzw. der Querschnitt verkleinert sich von einem axialen Ende bis zum entgegengesetzten axialen Ende der Innenverzahnung des Vorspannelements. Mithin ist der jeweilige Zahn in axialer Richtung wenigstens abschnittsweise rampenartig ausgebildet. Die Schrägung ermöglicht eine einfachere Montage der Welle nachdem das Vorspannelement mit der Nabe verspannt wurde. Durch die rampenartige Ausgestaltung wird die Vorspannkraft innerhalb des Vorspannelements kontinuierlich erhöht bis die Welle mit ihrer Au-ßenverzahnung in die Innenverzahnung des Vorspannelements gesteckt, insbesondere durchgesteckt, wurde.
-
Vorteilhafterweise weisen alle Zähne der Innenverzahnung des Vorspannelements an der in eine erste Umfangsrichtung gerichteten Zahnflanke eine Schrägung auf. Anders gesagt weist jeder Zahn der Innenverzahnung des Vorspannelements jeweils an der in Umfangsrichtung gleichen Zahnflanke eine Schrägung auf. Mithin sind die Zähne der Innenverzahnung des Vorspannelements identisch ausgebildet, wobei die Zähne immer an der gleichen Zahnflanke, also entweder alle an der linken Zahnflanke oder alle an der rechten Zahnflanke, die Schrägung aufweisen. Dadurch erfolgt eine gleichmäßigere Lasteinleitung in das Vorspannelements sowie eine damit einhergehende gleichmäßigere Lastverteilung innerhalb des Bauteils.
-
In diesem Zusammenhang ist es ferner von Vorteil, die Welle-Nabe-Verbindung derart zu montieren, dass die Welle zunächst in die Innerverzahnung der Nabe axial eingeschoben und erst danach in die Innenverzahnung des Vorspannelements gesteckt wird. Denn die Welle ist dadurch bereits durch die Nabe in Umfangsrichtung gehalten und geführt, wobei sich die Reaktionskraft, die sich aus der Verformung des Vorspannelements beim Ein- oder Durchstecken der Welle durch das Vorspannelement ergibt, an der Nabe abstützen kann. Mit anderen Worten wird die Welle von einer zum Vorspannelement gegenüberliegenden Seite der Nabe axial montiert.
-
In diesem Sinn ist die jeweilige Schrägung an derjenigen Zahnflanke der Innenverzahnung des Vorspannelements ausgebildet, die über die jeweilige Zahnflanke der Innenverzahnung der Nabe in der ersten Umfangsrichtung hervorsteht.
-
Das Vorspannelement umfasst erfindungsgemäß ein Ringsegment, an dessen äußeren Umfang mehrere Vorspannarme gleichmäßig verteilt angeformt sind. Am inneren Umfang des Ringsegments ist erfindungsgemäß die Innenverzahnung ausgebildet. Die Vorspannarme sind radial außerhalb am Außenumfang des Ringsegments einteilig angeformt.
-
Erfindungsgemäß umfassen die Vorspannarme zumindest einen sich ausgehend von einem Ringsegment des Vorspannelements im Wesentlichen radial erstreckenden ersten Abschnitt und zumindest einen am jeweiligen ersten Abschnitt angeformten und sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten Abschnitt. Das Vorspannelement weist vorteilhafterweise mehrere, bevorzugt mindestens drei, ferner bevorzugt mindestens vier oder mehr Vorspannarme auf. Diese Vorspannarme sind sternförmig am Ringsegment angeordnet und gleichmäßig am äußeren Umfang des Ringsegments angeformt. Es versteht sich, dass die Nabe vorzugsweise eine der Anzahl der Vorspannarme entsprechende Anzahl Durchgangsöffnungen aufweist. Für eine gleichmäßigere Lastverteilung ist es von Vorteil mindestens sechs Vorspannarme, vorzugsweise mindestens acht Vorspannarme vorzusehen, die gleichmäßig verteilt am Umfang des Ringsegments des Vorspannelements angeordnet sind.
-
Über den sich im Wesentlichen radial erstreckenden ersten Abschnitt wird die Verspannung des Vorspannelements mit der Nabe nach radial außen verlagert. Je weiter außen die Verbindung des zweiten Abschnitts mit der Nabe angeordnet ist, desto genauer kann eine Positionierung des Vorspannelements relativ zur Nabe erfolgen und desto maßgenauer steht die Innenverzahnung des Vorspannelements vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung bzw. der Welle über die Innenverzahnung der Nabe in Umfangsrichtung hervor.
-
Nach einem Ausführungsbeispiel bilden jeweils zwei Vorspannarme ein Vorspannarmpaar, wobei der erste Vorspannarm des jeweiligen Vorspannarmpaares zum Vorspannen des Vorspannelements in die erste Umfangsrichtung ausgebildet ist, und wobei der zweite Vorspannarm des gleichen Vorspannarmpaares zur Positionierung des Vorspannelements ausgebildet ist. Die Vorspannarme des jeweiligen Vorspannarmpaares können identisch ausgebildet sein. Es ist jedoch von Vorteil, den zweiten Vorspannarm, auch Positionierarm genannt, biegesteifer auszubilden als den ersten Vorspannarm. Im Umkehrschluss ist der erste Vorspannarm schlanker, also mit einem kleineren Querschnitt, ausgebildet als der zweite Vorspannarm. Der zweite Vorspannarm stützt das Vorspannelement in eine Umfangsrichtung an der Nabe ab und positioniert es entsprechend an der Nabe. Der erste Vorspannarm wird demgegenüber bei der Montage des Vorspannelements elastisch verformt, um die Verspannungswirkung des Vorspannelements an der Nabe zu erzielen. Die Wirkungsrichtung des ersten Vorspannarms ist entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung des zweiten Vorspannarms bzw. des Positionierarms. Mithin fungiert der zweite Vorspannarm als Widerlager für den ersten Vorspannarm. Damit wird die Verspannung des Vorspannelements an der Nabe sichergestellt.
-
Vorzugsweise umfasst das Vorspannelement mindestens zwei Vorspannarmpaare mit je einem ersten und zweiten Vorspannarm. Anders gesagt weist jedes Vorspannarmpaar einen ersten Vorspannarm und einen Positionierarm auf. Dabei wirken alle Positionierarme in Umfangsrichtung zusammen, wohingegen mit allen ersten Vorspannarmen die Verspannungswirkung realisiert wird. Bei der Montage der Welle-Nabe-Verbindung, also bei der Montage der Welle in die Nabe und das Vorspannelement, sind es auch die ersten Vorspannarme, die zusätzlich elastisch verformt werden, damit die Innenverzahnung des Vorspannelements mit der Innenverzahnung der Nabe fluchtet, während die Positionierarme als Widerlager dienen, um die Welle gegen die Nabe vorzuspannen. Bevorzugt weist das das Vorspannelement drei Vorspannarmpaare, ferner bevorzugt vier oder mehr Vorspannarmpaare auf.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass am sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten Abschnitt eine Montageschrägung ausgebildet ist. Die Montageschrägungen an den Vorspannarmen vereinfachen die Montage des Vorspannelements. Die Montageschrägungen sind derart ausgebildet, dass die Verspannungswirkung zwischen dem Vorspannelement und der Nabe während dem Einstecken der Vorspannarme in die dazugehörigen Durchgangsöffnungen bevorzugt kontinuierlich zunimmt. Gleichzeitig verformen sich die Vorspannarme während der Montage des Vorspannelements kontinuierlich elastisch. Der jeweilige Vorspannarm verjüngt sich durch die Montageschrägungen am sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten Abschnitt zum freien Ende hin.
-
Es kann von Vorteil sein, das Vorspannelement nach dessen Montage an der Nabe zwischen der Nabe und einem weiteren Bauteil eines Getriebes, eines Torsionsdämpfers oder dergleichen einzuklemmen und so axial zu sichern. Insbesondere kann das Vorspannelement zwischen der Nabe und dem weiteren Bauteil verschraubt sein.
-
Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel ist am freien Ende des zweiten Abschnitts ein Rasthaken angeformt, der die Nabe hintergreift, um das Vorspannelement axial zu sichern. Der zweite Abschnitt ist dabei derart durch die jeweilige Durchgangsöffnung hindurchgeführt, dass der Rasthaken an einem Hinterschnitt oder an einer gegenüberliegenden Stirnseite der Nabe zur Anlage kommt, um das Vorspanelement wenigstens axial an der Nabe zu sichern. An der Nabe kann somit ein Hinterschnitt ausgeformt sein, der zur Aufnahme des Rasthakens ausgebildet ist. Alternativ ragt der zweite Abschnitt durch die jeweilige Durchgangsöffnung der Nabe hindurch, wobei der Rasthaken an einer zum Ringabschnitt des Vorspannelements gegenüberliegenden Stirnseite der Nabe zur Anlage kommt. Unter dem Begriff „hintergreifen“ ist zu verstehen, dass der Rasthaken in eine radiale Aufweitung in der Durchgangsöffnung oder hinter der Durchgangsöffnung, insbesondere in einen Hinterschnitt, bei der Montage des Vorspannelements einschnappt.
-
Vorzugsweise sind die Vorspannarme schräg zu einer Längsachse der Welle-Nabe-Verbindung angeordnet, derart, dass die Vorspannarme bei der Montage des Vorspannelements elastisch verformen, um das Vorspannelement an der Nabe zu verspannen. Anders gesagt sind die Vorspannarme um die Längsachse der Welle bzw. der Nabe geschwungen ausgebildet. Die Vorspannarme sind also bezogen auf die die Längsachse der Welle bzw. der Nabe in die gleiche Richtung schräg ausgerichtet. Dadurch wird eine gleichmäßige Verspannung des Vorspannelements an der Nabe realisiert. Insbesondere ist der sich im Wesentlichen axial erstreckende zweite Abschnitt des jeweiligen Vorspannarms schräg zur Längsachse der Welle-Nabe-Verbindung angeordnet.
-
Bevorzugt ist das Vorspannelement blechförmig ausgebildet. Das Vorspannelement ist insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet. Dadurch kann das Vorspannelement platzsparend und mit einem geringen Gewicht ausgebildet werden. Ein aus Metall hergestelltes Vorspannelement kann gewalzt, geschmiedet und/oder gestanzt hergestellt sein. Zudem können Umformschritte vorgesehen sein, um beispielsweise die Vorspannarme auszuformen.
-
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.
-
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 Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer ersten Ausführungsform vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung,
- 2 eine erste Seitenansicht der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß nach 1,
- 3 eine zweite Seitenansicht der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß nach 1 und 2,
- 4 eine Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1 bis 3,
- 5 eine Perspektivdarstellung eines Vorspannelements der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1 bis 4,
- 6 eine erste detaillierte Teildarstellung der Innenverzahnungen des Vorspannelements und einer Nabe der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1 bis 5,
- 7 eine zweite detaillierte Teildarstellung der Innenverzahnungen des Vorspannelements und er Nabe der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 1 bis 6,
- 8 eine Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 9 eine erste Seitenansicht der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß nach 8,
- 10 eine zweite Seitenansicht der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gemäß nach 8 und 9,
- 11 eine erste Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 8 bis 10,
- 12 eine zweite Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 8 bis 11, und
- 13 eine Perspektivdarstellung des Vorspannelements der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung nach 8 bis 12.
-
Die Figuren zeigen eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß zwei unterschiedlichen exemplarischen Ausführungsformen, die jeweils beispielsweise in einem - hier nicht dargestellten - Torsionsdämpfer eines Antriebsstranges eingesetzt werden können.
-
Die Welle-Nabe-Verbindung umfasst eine - nur in 1 teilweise dargestellte - Welle 1 mit einer Außenverzahnung 1a, eine an der Welle 1 angeordnete Nabe 2 mit einer Innenverzahnung 2a sowie ein an der Nabe 2 angeordnetes und in Umfangsrichtung verspanntes Vorspannelement 4, mittels dessen im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung die Welle 1 gegenüber der Nabe 2 in eine erste Umfangsrichtung U1 vorgespannt ist. Das Vorspannelement 4 in beiden Ausführungsbeispielen ist ein blechförmig ausgebildeter Stahlring mit einem Ringsegment 4d, an dessen äußeren Umfang mehrere in wenigstens eine Umfangsrichtung federelastisch verformbare Vorspannarme 4a, 4b gleichmäßig verteilt angeformt sind. Das Vorspannelement 4 ist koaxial zur Nabe 2 und der Welle 1 angeordnet. Die Vorspannarme 4a, 4b sind derart an der Nabe 2 angeordnet, dass sie das Vorspannelement 4 mit der Nabe 2 wenigstens in Umfangsrichtung verspannen. Im ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 7 sind die Vorspannarme mit den Bezugszeichen 4a und 4b versehen, wobei die Vorspannarme im zweiten Ausführungsbeispiel nach 8 bis 13 mit dem Bezugszeichen 4a versehen sind.
-
Am Innenumfang des Ringsegments 4d weist das Vorspannelement 4 eine Innenverzahnung 4c auf. Erfindungsgemäß ist die Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 nach 5 vollumlaufend mit mehreren Zähnen 9 ausgebildet, wobei die Zähnezahl der Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 der Zähnezahl der Innenverzahnung 2a der Nabe 2 entspricht. Eine Zahnflanke 8 der Zähne 9 der Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 steht im montierten Zustand des Vorspannelements 4 und vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung, also vor der Fügung der Steckverzahnung zwischen Welle 1 und Nabe 2, über eine dazugehörige Zahnflanke 3 der Innenverzahnung 2a der Nabe 2 in eine erste Umfangsrichtung U1 hervor. Mit anderen Worten ist das Vorspannelement 4 im montierten Zustand des Vorspannelements 4 und vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung relativ zur Nabe 2 geringfügig um die Längsachse A verdreht positioniert, sodass die Innenverzahnungen 4c, 2a in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Diesen Zustand vor der Montage der Welle-Nabe-Verbindung zeigen 6 und 7 deutlich. 6 und 7 gelten für beide Ausführungsbeispiele analog.
-
Dieser Versatz zwischen den Innenverzahnungen 4c, 2a wird während der Montage der Welle 1 ausgeglichen. Und zwar zwingt die Welle 1 das Vorspannelement 4 zu einer Verformung mit damit einhergehender Rotation des Ringsegments 4d in die entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung U1 verlaufenden zweiten Umfangsrichtung U2, und zwar derart, dass die Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 fluchtend zur Innenverzahnung 2a der Nabe 2 angeordnet wird. Die genannte Verformung des Vorspannelements 4 bzw. die Rotation des Ringsegments 4d um die Längsachse A wird im Wesentlichen über die elastisch verformbaren Vorspannarme 4a, 4b realisiert. Im montierten Zustand der Welle-Nabe-Verbindung steht die Außenverzahnung 1a der Welle 1 in Zahneingriff mit der Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 sowie der Innenverzahnung 2a der Nabe 2. Die erzwungene Verdrehung des Vorspannelements 4 relativ zur Nabe 2 bewirkt, dass die Nabe 2 gegenüber der Welle 1, und umgekehrt, in Umfangsrichtung vorspannt. Dabei stützt sich das Vorspannelement 4 über die Vorspannarme 4a, 4b an der Nabe 2 und über dessen Innenverzahnung 4c an der Außenverzahnung 1a der Welle 1 ab. Der Drang der Vorspannarme 4a, 4b zu entspannen bewirkt die Vorspannung der Nabe 2 relativ zur Welle 1. Dadurch wird insbesondere eine Spielfreiheit zur Verhinderung von Leerlaufklappern realisiert. Es ist üblicherweise ausreichend, wenn die erzeugte Vorspannkraft 15 Nm nicht übersteigt. Jedoch sind auch höhere Vorspannkräfte ohne Weiteres denkbar.
-
Zur Vereinfachung der Montage der Welle-Nabe-Verbindung, weisen alle Zähne 9 der Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 an der in die erste Umfangsrichtung U1 gerichteten Zahnflanke 8 eine Schrägung 10 auf. Mithin ist die jeweilige Schrägung 10 als in axialer Richtung verlaufende Rampe an derjenigen Zahnflanke 8 ausgebildet, die über die jeweilige Zahnflanke 3 der Innenverzahnung 2a der Nabe 2 in der ersten Umfangsrichtung U1 hervorsteht. Die Schrägungen 10 sind deutlich in 6 und 7 zu sehen. Indem die Außenverzahnung 1a der Welle 1 durch axiale Positionierung der Welle 1 an den Schrägungen 10 abgleiten wird eine Vorspannung des Vorspannelements 4 kontinuierlich erhöht.
-
Die Vorspannarme 4a, 4b umfassen je einen sich ausgehend vom Ringsegment 4d im Wesentlichen radial erstreckenden ersten Abschnitt 5a sowie einen daran angeformten und sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten Abschnitt 5b. Diese sind im ersten Ausführungsbeispiel in 4 und 5 zu sehen, im zweiten Ausführungsbeispiel in 11 bis 13. Mit anderen Worten knickt der jeweilige Vorspannarm 4a, 4b etwa um 90 Grad zur Nabe 2 hin ab und wird vorliegend in eine dazugehörige, an der Nabe 2 ausgebildete Durchgangsöffnung 7 hineingeführt. Der erste Abschnitt 5a verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse A der Welle-Nabe Verbindung, wobei der zweite Abschnitt 5b senkrecht zum ersten Abschnitt 5a angeordnet ist.
-
Die Ausbildung und Funktion der Vorspannarme 4a, 4b wird nachfolgend anhand des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Jedenfalls ist die jeweilige Durchgangsöffnung 7 dazu ausgebildet, dass sich der jeweilige darin aufgenommene zweite Abschnitt 5b des jeweiligen Vorspannarms 4a, 4b derart an der Nabe 2 abstützt, dass das Vorspannelement 4 an der Nabe 2 verspannt ist.
-
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 bis 7 weist das Vorspannelement 4 acht Vorspannarme 4a, 4b auf, wobei je zwei in Umfangsrichtung benachbarte Vorspannarme 4a, 4b ein Vorspannarmpaar 12 bilden. Umlaufend sind je ein erster Vorspannarm 4a und ein zweiter Vorspannarm 4b abwechselnd angeordnet. Mithin weist das Vorspannelement 4 vier Vorspannarmpaare 12 auf. Der erste Vorspannarm 4a des jeweiligen Vorspannpaares 12 ist schlanker ausgebildet als der zweite Vorspannarm 4b des gleichen Vorspannpaares 12. Anders gesagt ist der jeweilige zweite Vorspannarm 4b biegesteifer ausgebildet als der jeweilige erste Vorspannarm 4a. Zur gleichmäßigen Kraftverteilung sind je zwei der vier ersten Vorspannarme 4a und je zwei der vier zweiten Vorspannarme 4b auf gegenüberliegenden Seiten des Ringsegments 4d des Vorspannarms 4 angeordnet. Der jeweilige erste Vorspannarm 4a des jeweiligen Vorspannarmpaares 12 ist zum Vorspannen des Vorspannelements 4 in die erste Umfangsrichtung U1 ausgebildet, wobei der zweite Vorspannarm 4b des gleichen Vorspannarmpaares 12 als Positionierarm zur Positionierung des Vorspannelements 4 ausgebildet ist. Sowohl die Verspannungswirkung des Vorspannelements 4 an der Nabe 2 als auch die elastische Verformung während der Montage der Welle 1 in das Vorspannelement 4 erfolgt über die elastischeren ersten Vorspannarme 4a, wohingegen die zweiten Vorspannarme 4b als Widerlager für die auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung dienen.
-
In dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die sich im Wesentlichen axial erstreckenden zweiten Abschnitte 5b der Vorspannarme 4a, 4b, wie in 5 zu sehen ist, Montageschrägungen 11 auf. Dabei sind die Montageschrägungen 11 der ersten Vorspannarme 4a gegenläufig zu den Montageschrägungen 11 der zweiten Vorspannarme 4b ausgebildet. Dadurch wird die Montage des Vorspannelements 4 an der Nabe 2 vereinfacht, während die Vorspannkraft im Vorspannelement 4 kontinuierlich zunimmt. Gemäß 4 ist das Vorspannelement 4 axial zwischen der Nabe 2 und einem weiteren ortsfesten Bauteil 13 des Torsionsdämpfers axial gesichert.
-
Das Ringsegment 4d des Vorspannelements 4 ist nach Fig .4 tassenförmig ausgebildet, wobei die Nabe 2 einen axialen Vorsprung 6 aufweist, auf den das Ringsegment 4d aufgesteckt ist.
-
Demgegenüber ist das Ringsegment 4d im zweiten Ausführungsbeispiel nach 8 bis 13 ringscheibenförmig ausgebildet, was insbesondere in 11 zu sehen ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die Vorspannarme identisch ausgebildet. Daher wird lediglich das Bezugszeichen 4a für die Vorspannarme verwendet. Der sich im Wesentlichen radial erstreckende erste Abschnitt 5a des jeweiligen Vorspannarmes 4a ist im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel deutlich kürzer ausgebildet, wobei der daran angeformte und sich im Wesentlichen axial erstreckende zweite Abschnitt 5b des jeweiligen Vorspannarmes 4a im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel deutlich länger ausgebildet ist. Die axialen Durchgangsöffnungen 7 sind in diesem Fall am axialen Vorsprung 6 der Nabe 2 angeordnet und nehmen je einen Vorspannarm 4a, insbesondere den zweiten Abschnitt 5b des jeweiligen Vorspannarms 4a auf.
-
In diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Abschnitte 5b der Vorspannarme 4a leicht schräg zur Längsachse A angeordnet. Dadurch verformt sich der Vorspannarm 4a bei Montage des Vorspannelements 4 an der Nabe 2 elastisch und bewirkt die Verspannung des Vorspannelements 4, indem sich der zweite Abschnitt 5b des Vorspannarms 4a sowohl in die erste als auch in die zweite Umfangsrichtung U1 an der Wandung der den zweiten Abschnitt 5b aufnehmenden Durchgangsöffnung 7 abstützt. Dies zeigt 12 deutlich. Die Realisierung der Spielfreiheit zwischen der Welle 1 und der Nabe 2 erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel, wobei der zweite Abschnitt 5b während des Fügens der Welle 1 in die Nabe 2 und das Vorspannelements 4 derart weiter elastisch verformt wird, dass die Innenverzahnungen 4c, 2a bei Montage der Welle 1 in die Nabe 2 und das Vorspannelement 4 durch die Außenverzahnung 1a der Welle 1 zueinander fluchtend angeordnet werden. Die Ausbildung der Innenverzahnung 4c des Vorspannelements 4 ist analog zu 6 und 7 ausgebildet.
-
Zur axialen Sicherung des Vorspannelements 4 ist am freien Ende des jeweiligen zweiten Abschnitts 5b ein Rasthaken 5c angeformt, der die Nabe 2 hintergreift. Vorliegend sind die Rasthaken 5c alle in die gleiche Umfangsrichtung ausgerichtet. Damit ist eine zusätzliche axialer Sicherung des Vorspannelements 4, wie beispielsweise in 4 gezeigt, nicht erforderlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Welle
- 1a
- Außenverzahnung der Welle
- 2
- Nabe
- 2a
- Innenverzahnung der Nabe
- 3
- Zahnflanke der Innenverzahnung der Nabe
- 4
- Vorspannelement
- 4a
- Erster Vorspannarm
- 4b
- Zweiter Vorspannarm
- 4c
- Innenverzahnung des Vorspannelements
- 4d
- Ringsegment
- 5a
- Erster Abschnitt des Vorspannarms
- 5b
- Zweiter Abschnitt des Vorspannarms
- 5c
- Rasthaken
- 6
- Axialer Vorsprung der Nabe
- 7
- Durchgangsöffnung
- 8
- Zahnflanke der Innenverzahnung des Vorspannelements
- 9
- Zahn der Innenverzahnung des Vorspannelements
- 10
- Schrägung
- 11
- Montageschrägung
- 12
- Vorspannarmpaar
- 13
- Bauteil des Torsionsdämpfers
- 14
- Zahn der Innenverzahnung der Nabe
- A
- Längsachse
- U1
- Erste Umfangsrichtung
- U2
- Zweite Umfangsrichtung
