DE19635542C2 - Welle-Nabe-Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle-Nabe- Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Typische Welle-Nabe-Verbindungen umfassen eine zylindrische Welle mit einer Nut und eine in diese sowie in eine Innennut der Nabe eingreifende Paßfeder bzw. einen Keil. Bei Welle-Nabe-Verbindungen dieser Art für insbesondere großdimensionierte Aggregate, wie bei­ spielsweise Schiffsantriebe, sind vornehmlich die Mon­ tage, aber auch die Demontage der Verbindung aufgrund der engtolerierten Passungen von Nabe und Welle sehr problematisch. Solche Verbindungen werden deshalb häu­ fig durch Erhitzen des Außenteils (Nabe) bzw. in sel­ teneren Fällen durch Abkühlen des Innenteils (Welle) gefügt. Zwar ist diese Methode praktikabel und wird auch angewandt, doch ist sie außerordentlich umständ­ lich und aufwendig.

Zur Vermeidung solcher Probleme sind, ausgehend von einer Entwicklung zu Anfang der 40er Jahre, soge­ nannte Druckölverbände bekannt. Ein Druckölverband läßt sich in seiner Wirkung mit einem üblichen Preß- oder Schrumpfverband vergleichen, ist aber hinsichtlich des Ein- und Ausbaus so vereinfacht, daß wiederholtes Zusammensetzen und Auseinandernehmen mit geringem Auf­ wand möglich ist.

Bei bekannten Druckölverbänden unter Verwendung einer außen kegeligen und innen zylindrischen Zwischen­ hülse für eine zylindrische Welle ist es bekannt, die Nabe mit einer Ölzufuhrbohrung und mit mindestens einer umlaufenden Ölnut zu versehen. Auf diese Weise kann in die konischen bzw. kegeligen Fügungsflächen Öl unter hohem Druck eingegeben werden, welches sowohl beim Zusammenbau als auch beim Ausbau als Gleitmittel für die zu miteinander verbindenden Teile dient und diese während des betreffenden Vorgangs geringfügig elastisch verformt. Sind mehrere solcher umlaufenden Ölnuten im Fügebereich axial nebeneinander angeordnet, werden die von einer mit der Ölzufuhrbohrung kommunizierenden Ölverteilnut mit dem Drucköl versorgt.

Zur Technik von Druckölverbänden sei an dieser Stelle auf die Firmendruckschrift Dd 6610b 86-01 der Firma SKF in Schweinfurt verwiesen. Darin ist in Absatz 22 "Verbände mit kegeliger Hülse zwischen Welle und Außenteil" auf Seite 3 erwähnt, daß bei Umstellung von zylindrischen auf kegelige Druckölverbände unter Beibe­ haltung der vorhandenen Teile eine Zwischenhülse ver­ wendet werden muß. Ferner wird auf die Anwendung eines Druckölverbandes hingewiesen, wenn ursprünglich der Verband durch einen Keil gesichert war. Hierzu regt der Urheber des Druckölverband-Verfahrens an, die Keilnut abzudrehen und die Zwischenhülse mit entsprechend grö­ ßerer Wanddicke auszuführen.

Das Abdrehen der Keilnut bedingt jedoch eine Durchmesserverringerung der Welle, die dadurch geschwächt wird. Abgesehen davon dürfte die Nachbear­ beitung von Wellen an fest eingebauten Aggregaten sehr schwierig, wenn nicht in vielen Fällen gar unmöglich sein.

Hier setzt die Erfindung ein. Ihr liegt in erster Linie und im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1 anzugeben, die so gestaltet ist, daß eine Bear­ beitung der eine Wellennut aufweisenden Welle nicht erforderlich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ist insbesondere dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ölnuten sich unter Aussparung eines Umfangsbereichs nur über einen Paßflächen-Teilumfang erstrecken und daß die Zwischenhülse mit Bezug zur Welle derart angeordnet ist, daß der von Ölnuten ausge­ sparte Umfangsbereich radial mit der Wellennut ausge­ richtet ist.

Damit wird erreicht, daß das Drucköl, welches mit erheblichem Druck bis z. B. 400 bar zugeführt wird, die Zwischenhülse nicht in demjenigen Bereich beaufschlagen kann, in dem die Hülse über der in der Welle verbliebe­ nen Wellennut sich befindet. Das hat insbesondere den Vorteil, daß man zur Herstellung des Druckölverbandes zwischen Nabe und Zwischenhülse relativ dünnwandige und folglich vorteilhaft elastische Zwischenhülsen verwen­ den kann.

Würden, so die Überlegung der Erfindung, auch im Bereich der in der Welle verbleibenden Nut die Ölnuten umlaufen, könnte dies zu einer Deformation der Hülse im wesentlichen radial in die Nut hinein führen, so daß dort zwischen der Zwischenhülse und der Nabenbohrung ein Leckspalt entsteht, aus dem das Öl unzulässiger­ weise abfließen könnte, ohne daß sich der für den Druckölverband erforderliche Druck aufbauen kann.

Es ist also im Unterschied zu dem Vorschlag, eine Zwischenhülse mit entsprechend großer Wanddicke zu ver­ wenden, nach der Erfindung möglich, eine dünne und folglich hinreichend elastische Zwischenhülse verwenden zu können.

Man könnte auch daran denken, die Wellennut mit Material, z. B. einem Schweißauftrag, auszufüllen, um ein Einfallen der Zwischenhülse unter Druck zu vermei­ den, doch lehnt die Erfindung dies als zu unwirtschaft­ lich und in vielen Fällen auch als unpraktikabel ab.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche vorteil­ hafte weitere Ausgestaltung und Fortbildungen. Danach kann die Zwischenhülse geschlossenwandig ausgebildet sein und auf ihrer Außenmantelfläche die Ölnuten auf­ weisen. Allerdings können die Ölnuten auch im Bohrungs­ bereich der Nabe vorgesehen sein. Für den Druckölver­ band selbst und seine Wirkungen ist dies prinzipiell nicht von Bedeutung.

Die geschlossenwandige Zwischenhülse kann auch mit einer Innennut versehen sein, in die die Paßfeder ein­ greift. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Paßfeder, die zuvor Bestandteil der umzurüstenden Welle-Nabe-Verbindung war, auch weiterhin benutzen zu können. Die Paßfeder dient dann zusätzlich zu der mit­ tels des Druckölverbandes auf die Welle gepreßten Zwi­ schenhülse noch als Formschlußkörper zur Drehmoment­ übertragung zwischen Hülse und Welle.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die Zwischenhülse einen Axialschlitz aufweist und mit diesem im Umfangsbereich der Wellennut angeordnet ist. Demzufolge befindet sich der Axialschlitz in demjenigen Umfangsbereich der Hülse, in welchem die Ölnuten ausge­ spart sind. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil zusätzlicher Elastizität der demzufolge als Spreizhülse ausgebildeten Zwischenhülse.

Die Schlitzweite des Axialschlitzes der Zwischen­ hülse kann auch so bemessen sein, daß die in der Wel­ lennut einliegende Feder im wesentlichen formschlüssig in den Nutschlitz paßt. In diesem Zusammenhang kann es weiterhin von Bedeutung sein, wenn die Nabe eine Innen­ nut aufweist, in die die in der Wellennut einliegende Feder eingreift. Bei dieser Ausgestaltung findet also eine formschlüssige Verbindung zwischen Welle, Paßfeder und Nabe sowie zwischen Paßfeder und Zwischenhülse statt, während die Zwischenhülse mit der Nabe über den Druckölverband ein- und auszubauen ist.

Da die Zwischenhülse, schon aufgrund ihrer relativ geringen erforderlichen Wandstärke, im Sinne einer Durchmesserverringerung gegen die Welle elastisch ver­ formbar ist und mit der Welle eine spielfreie Passung mit nur leichtem Preßsitz eingehen sollte, kann sie leicht auf die Welle aufgeschoben werden, vor allem ohne die Probleme, die großvolumige Nabenkörper mit großen Wandstärken und engen Passungen zur Welle mit sich bringen, wie eingangs geschildert.

Im übrigen versteht sich die Erfindung am besten aus ihrer nachfolgenden Beschreibung anhand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen die mit "a" versehenen Figu­ ren jeweils eine Welle-Nabe-Verbindung im Längsschnitt und die mit "b" versehenen Figuren den zugehörigen Querschnitt derselben Ausführungsform. Im einzelnen:

Fig. 1a, 1b eine einfachste Ausführungsform mit geschlossenwandiger Zwischenhülse und ohne Paßfeder in der Wellennut,

Fig. 2a, 2b eine Ausführung, die sich von der nach Fig. 1a, 1b dadurch unterscheidet, daß die Zwischenhülse axial geschlitzt ist,

Fig. 3a, 3b eine weitere Ausführungsform, die sich von der nach Fig. 2a, 2b durch eine größere Schlitzweite in der Zwischenhülse unterschei­ det und in den Axialschlitz eine Feder form­ schlüssig eingepaßt ist,

Fig. 4a, 4b eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 3a, 3b mit einer zusätzlichen Innennut in der Nabe, in die die Feder eben­ falls eintaucht, und

Fig. 5a, 5b eine Ausführung mit ungeschlitzter Zwi­ schenhülse, die jedoch eine Innennut zum formschlüssigen Eingriff einer Paßfeder auf­ weist.

Jede Welle-Nabe-Verbindung umfaßt eine Welle 10 mit einer Axialnut 11, die zur Unterscheidung von ande­ ren Nuten mit "Wellennut" bezeichnet ist, ferner eine Nabe 12 sowie eine zwischen Welle 10 und Nabe 12 befindliche Zwischenhülse 13.

Die Welle 10 ist bei allen Ausführungsbeispielen zylindrisch, die Zwischenhülse 13 innen entsprechend zylindrisch und außen ebenso konisch wie die Bohrung der Nabe 12. Der Kegel wird, je nach Nenngröße der Welle-Nabe-Verbindung - vorzugsweise etwa 1 : 30 bis 1 : 50 betragen.

Die Nabe 12 weist für die Druckölzufuhr von einem nicht dargestellten Druckölerzeuger eine Anschlußboh­ rung 14 auf, die in eine Ölverteilnut 15 mündet, welche sich am Außenmantel der Zwischenhülse 13 und in deren Axialrichtung erstreckt. Mit dieser Ölverteilnut 15 kommunizieren bei allen Ausführungsbeispielen jeweils drei konzentrisch angeordnete Ölnuten 16.

Die Anzahl der Ölnuten 16 ist lediglich beispiel­ haft; sie wird sich im allgemeinen nach der axialen Länge der Welle-Nabe-Verbindung und dem Druckölbedarf richten. Daß die Ölnuten 16 in radialen Ebenen angeord­ net sind, ist nicht von wesentlicher Bedeutung; sie könnten auch wendelförmig verlaufen. Ebenso kommt es auf die Tatsache, daß bei den Ausführungsbeispielen die Öltverteilnut 15 in den Außenmantel der Zwischenhülse 13 eingearbeitet ist, nicht an. Sowohl die Ölverteilnut 15 als auch die Ölnuten 16 könnten auch an der Innen­ wandung der Nabenbohrung vorgesehen sein.

Wesentlich und charakteristisch für die Erfindung ist es, daß die Ölnuten 16 nicht über den gesamten Umfang der Fügeflächen von Nabe 12 und Zwischenhülse 13 umlaufen, sondern sich, wie dies insbesondere aus den "b"-Figuren deutlich hervorgeht, nur über einen Teilum­ fang erstrecken, mit der Folge, daß sich ein von Ölnu­ ten 16 ausgesparter Umfangsbereich 17 ergibt. Dieser Ölnutenfreie Umfangsbereich 17 der Zwischenhülse 13 wird vor dem Zusammenfügen der Welle-Nabe-Verbindung mit Bezug zur Welle 10 derart orientiert, daß er radial mit der Wellennut ausgerichtet ist, die Wellennut 11 also - mit axialer Blickrichtung auf den Querschnitt - in diesen Ölnutenfreien Umfangsbereich 17 hineinfällt.

Der Zusammenbau einer Welle-Nabe-Verbindung ein­ fachster Art nach den Fig. 1a und 1b geschieht wie folgt:

Sofern die ursprüngliche Welle-Nabe-Verbindung mit einer Paßfeder oder einem Keil zwischen Welle und Nabe versehen war, wird nach dem Abziehen der Nabe Paßfeder oder Keil entfernt. Das Ende der Welle 10 weist die 'leere' Wellennut 11 auf. Sodann schiebt man auf das Ende der Welle 10 die Zwischenhülse 13 auf, die mit der Welle 10 eine im wesentlichen spielfreie Passung ein­ geht. Wie erwähnt, orientiert man die Zwischenhülse 13 in Umfangsrichtung so, daß der Ölnutenfreie Umfangsab­ schnitt 17 über der Nut 11 angeordnet ist, wie es Fig. 1b zeigt.

Sodann wird der Druckölverband in der für ihn typischen Art und Weise durchgeführt mit Hilfe eines Montagewerkzeugs, das mit Hilfe einer wellenseitigen Stirngewindebohrung 18 verankert wird. Ein Druckölver­ band kennzeichnet sich dadurch, daß in den Fügeflächen­ bereich zwischen Nabe 12 und Zwischenhülse 13 Über die Leitungen 14, 15 und 16 Öl unter hohem Druck eingepreßt wird, welches nicht nur einen Schmierfilm im Paßflä­ chenbereich erzeugt, sondern diese Teile auch in dem gewünschten und den Einbau erleichternden Maße radial elastisch verformt. Nach dem Zusammenfügen von Nabe 12 und Zwischenhülse 13 wird der Öldruck entfernt, und es entsteht zwischen den gefügten Teilen eine sehr feste reibschlüssige Verbindung.

Der von Ölnuten 16 ausgesparte Umfangsbereich 17 über der Wellennut 11 bezweckt, daß das Drucköl die Zwischenhülse 13 nicht in die Wellennut 11 hinein ver­ formen kann, und zwar auch dann nicht, wenn die Zwi­ schenhülse 13 relativ dünnwandig und somit vorteilhaft elastisch ist. Deshalb ist auch eine Welle-Nabe-Verbin­ dung ohne weiteres für den Druckölverband verwendbar, bei der nach dem Entfernen der Paßfeder die Wellennut 11 leer bleibt und die Welle 10 im Fügebereich bzw. in dem Bereich, der später von der Zwischenhülse 13 über­ deckt wird, nicht nachbearbeitet zu werden braucht.

Die einfachste Ausbildung einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung zeigen die Fig. 1a und 1b. Hier liegt eine geschlossenwandige Zwischenhülse 13 vor, und eine 'leere' Wellennut 11.

Bei der Ausführung nach Fig. 2a, 2b weist die Zwi­ schenhülse 13 einen durchlaufenden schmalen Axial­ schlitz 19 auf, der die Elastizität der Zwischenhülse bei der Druckölverformung erhöht. Der Axialschlitz 19 wird so angeordnet, daß er im Umfangsbereich der Wel­ lennut 11 zu liegen kommt. Auch hier ist die Wellennut 11 leer, d. h., eine ggf. ursprünglich vorhandene Paßfe­ der wurde entfernt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a, 3b ist der Axialschlitz 19 der Zwischenhülse 13 breiter als bei der vorbeschriebenen Ausführungsform und weist eine Schlitzweite auf, die die (weitere) Verwendung einer Paßfeder 20 ermöglicht. Diese Paßfeder 20 liegt form­ schlüssig in der Wellennut 11. Zusätzlich zu der kraft­ schlüssigen Verbindung zwischen Nabe 12 und Zwischen­ hülse 13 ergibt sich zwischen letzterer und der Welle 10 noch eine formschlüssige Verbindung zur Drehmoment­ übertragung.

Bei der Ausführung nach Fig. 4a, 4b befindet sich zusätzlich in der Nabe 12 noch eine axial verlaufende Innennut 21, in die die Feder 20 zusätzlich formschlüs­ sig eingreift. Diese Feder 20 stellt folglich eine drehfeste Formschlußverbindung zwischen Welle 10 und Nabe 12 her.

Bei der in Fig. 5a, 5b gezeigten letzten Ausfüh­ rungsform ist die Zwischenhülse 13 dicker und weist außerdem eine Innennut 22 auf, in die die Paßfeder 20 formschlüssig eintaucht. Diese Ausführungsform unter­ scheidet sich von der nach Fig. 3a, 3b noch dadurch, daß die Zwischenhülse 13 geschlossenwandig ausgeführt ist, also keinen Axialschlitz aufweist. Hier ist dem­ nach ein Dreh-Formschluß gegeben zwischen Welle 10 und Zwischenring 13.

Claims (7)

1. Welle-Nabe-Verbindung, deren zylindrische Welle mindestens eine zur formschlüssigen Aufnahme einer Fe­ der wie Paßfeder geeignete Nut (Wellennut) aufweist, wobei eine zum Einsatz zwischen Welle und Nabe be­ stimmte, innen zylindrische, außen konische Zwischen­ hülse vorgesehen ist, und Zwischenhülse und Nabe durch Anordnung von Ölnuten in ihrem Paßflächenbereich für einen Druckölverband eingerichtet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ölnuten sich unter Aussparung eines Umfangsbereichs nur über einen Paßflächen-Teilumfang erstrecken und daß die Zwischenhülse mit Bezug zur Welle derart angeordnet ist, daß der von Ölnuten ausge­ sparte Umfangsbereich radial mit der Wellennut ausge­ richtet ist.

2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenhülse und Welle eine spiel­ freie Passung mit leichtem Preßsitz eingehen.

3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse geschlos­ senwandig ausgebildet ist.

4. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse mit einer Innen­ nut versehen ist, in die die Paßfeder eingreift.

5. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse einen Axialschlitz aufweist und mit diesem im Umfangsbereich der Wellennut angeordnet ist.

6. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzweite des Axialschlitzes der Zwischenhülse so bemessen ist, daß die in der Wel­ lennut einliegende Feder im wesentlichen formschlüssig in den Nutschlitz paßt.

7. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe eine Innennut aufweist, in die die in der Wellennut einliegende Feder eingreift.