DE19833831A1

DE19833831A1 - System zur Befestigung eines Elementes auf einer Welle

Info

Publication number: DE19833831A1
Application number: DE1998133831
Authority: DE
Inventors: Eckard Schuttenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-02-03

Abstract

Ein System zur Befestigung einer Nabe (10; 10f; 10g; 10h) eines Drehknopfes (35) oder eines Schaltnockens (20) auf einer Welle (12; 12f; 12g; 12h; 21; 22; 36) umfasst ein Spannelement (11; 11a bis 11f), das einen im Querschnitt kreisförmigen Abschnitt und einen Klemmabschnitt (18; 45) aufweist. Das Spannelement (11; 11a bis 11f) ist in einer in der Nabe (10; 10g; 10h), der Welle (12f), dem Drehknopf (35) oder dem Schaltnocken (20) ausgebildeten Ausnehmung (15; 15d; 15f; 15g; 15h; 26) angeordnet und verspannt die miteinander zu verbindenden Bauteile bei einer Drehung des Spannelements (11; 11a bis 11f). Das erfindungsgemäße System zeichnet sich durch seinen relativ einfachen Aufbau aus. Weiterhin muß in der Regel nur ein Bauteil an das Spannelement (11; 11a bis 11f) angepasst werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Befestigung eines Elementes auf einer Welle. Derartige Systeme finden im Maschinenbau insbesondere Verwendung bei lösbaren Welle/Naben-Verbindungen. Bekannt sind u. a. Paßfeder-, Schraub-, Keil-, Stift- oder Spannkonusverbindungen. Den Verbindungen ist gemeinsam, daß entweder beide miteinander zu verbindenden Teile zur Aufnahme der Befestigungselemente speziell ausgebildet sein müssen, oder daß die Verbindungen aus mehreren Teilen bestehen. Ferner läßt sich bei vielen Systemen das mit der Welle lösbar zu verbindende Element nur in einer oder mehreren Winkellagen befestigen, zum Beispiel bei einer Paßfederverbindung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System zur Befestigung eines Elementes auf einer Welle mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß es bei sehr einfachem Aufbau lediglich der Anpassung eines Teiles an das Spannelement erfordert. Weiterhin ist die Befestigung des Elementes in beliebiger Winkellage auf der Welle möglich.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems zur Befestigung eines Elementes auf einer Welle ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Welle/Naben-Verbindung,

Fig. 2 die Verbindung nach Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Nabe nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Spannelementes,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Spannelements nach Fig. 4,

Fig. 6 bis 8 Seitenansichten von modifizierten Spann elementen,

Fig. 9 und 10 teilweise geschnittene Seitenansichten von Verbindungen mit einem Spannelement gemäß Fig. 8,

Fig. 11 eine Vorderansicht eines Schaltnockens nach Fig. 10,

Fig. 12 und 13 eine Seiten- bzw. Vorderansicht eines modifizierten Spannelements,

Fig. 14 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Verbindung mit einem Spannelement nach den Fig. 12 und 13,

Fig. 15 einen Teilschnitt entlang der Linie XV-XV der Fig. 14,

Fig. 16 eine Vorderansicht eines modifizierten Spann elements,

Fig. 17 eine Vorderansicht einer modifizierten Verbindung und

Fig. 18 bis 20 teilweise geschnittene Seitenansichten von Welle/Naben-Verbindungen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist eine scheibenförmige Nabe 10 dargestellt, die mittels eines Spannelementes 11 auf einer Welle 12 verdrehfest befestigt ist, und die an ihrem einen Ende eine Fase 13 aufweist. Zur Aufnahme des Spannelementes 11, das in der der Fase 13 zugewandten Stirnfläche eine Aufnahme 14 für einen Innensechskantschlüssel aufweist, ist in der Nabe 10 eine Ausnehmung 15 ausgebildet, deren Geometrie nachfolgend anhand der Fig. 3 näher erläutert wird.

Die Nabe 10 weist zentrisch eine Mittelbohrung 16 zur Aufnahme der Welle 12 auf, deren Durchmesser D bzw. Radius R beträgt. An die Mittelbohrung 16 schließt sich die Ausnehmung 15 an, deren Durchmesser M1 bzw. Radius r beträgt. Wesentlich ist, daß der Mittelpunktabstand A zwischen der Mittelbohrung 16 und der Ausnehmung 15 kleiner ist als die Summe deren Radien R + r. Aufgrund dieser mit dem Maß Ü bezeichneten Überschneidung der Mittelbohrung 16 und der Ausnehmung 15 ist zwischen der Mittelbohrung 16 und der Ausnehmung 15 ein offener Verbindungsbereich 17 ausgebildet. Die Ausnehmung 15 kann, wie in der Fig. 2 dargestellt, über die gesamte Dicke der Nabe 10 ausgebildet sein, oder aber nur über einen Teil ihrer Dicke.

Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte, bolzenförmige Spannelement 11 mit der Länge L entsteht aus einer im Querschnitt runden, mehr als 180 Grad umschließenden Grundform mit dem Durchmesser m², der dem Durchmesser M2 der Ausnehmung 15 entspricht. Dieser Durchmesser m² ist innerhalb eines Klemmbereichs KL + KR, dessen Winkelbereich weniger als 180 Grad beträgt, um wenigstens das Maß Ü harmonisch mittels eines Klemmkurvenabschnitts 18 abgeflacht. Der Klemmkurvenabschnitt 18 kann die Form eines oder mehrerer Kreisbogenabschnitte, einer archimedischen oder logarithmischen Spirale o. ä. aufweisen.

Zur Montage der Nabe 10 auf der Welle 12 wird das mit der Ausnehmung 15 ausgerichtete Spannelement 11 in die Ausnehmung 15 eingeschoben. Anschließend wird mittels eines in die Aufnahme 14 eingeführten Innensechskantschlüssels das Spannelement 11 nach links bzw. rechts verdreht, bis es sich innerhalb des Klemmbereichs KL bzw. KR verklemmt. Zum Lösen des Spannelements 11 wird entsprechend in umgekehrter Reihenfolge verfahren.

Ergänzend wird erwähnt, daß sich das beschriebene System zur Befestigung der Nabe 10 auf der Welle 12 besonders für einseitige Momentenbelastungen eignet, da sich dann, je nachdem, in welchen Klemmbereich KL bzw. KR das Spannelement 11 verdreht wurde, das Spannelement 11 selbst festzieht bzw. keine Lösemomente auf das Spannelement 11 übertragen werden.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten modifizierten Spannelemente 11a und 11b weisen an ihren Mantelflächen mehrere parallel zueinander angeordnete, umlaufende, im Querschnitt dreiecksförmige Sicken 19a bzw. unterbrochene Sicken 19b auf. Selbstverständlich ist bei diesen Spannelementen 11a und 11b der Durchmesser m² unter Berücksichtigung der Sicken 19a, 19b reduziert, damit die Spannelemente 11a, 11b in die Ausnehmung 15 eingeführt werden können. Die Spannelemente 11a und 11b finden bevorzugt Verwendung, wenn die Nabe 10 und die Welle 12 aus unterschiedlichem Material ausgebildet sind, z. B. wenn eines der beiden Teile aus Kunststoff besteht. In diesem Fall graben sich die Sicken 19a, 19b bei der Montage des Spannelements 11a, 11b in das weichere Material ein, und sorgen so für einen zusätzlichen Verzahnungseffekt zwischen den Teilen.

Das in der Fig. 8 dargestellte Spannelement 11c dient bevorzugt der Befestigung einer dünnen Scheibe oder eines Schaltnockens 20 auf einer Welle 21 oder 22, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Dazu weist das Spannelement 11c eine umlaufende Ringnut 23 mit einem im Querschnitt kreisförmigen Nutgrund 24 des Durchmessers n auf, wobei der Mittelpunkt des Nutgrundes 24 mit dem Mittelpunkt des Grundkreises des Durchmessers m² entsprechend Fig. 4 zusammenfällt. Ferner geht von einem Loch 25 des Schaltnockens 20 ein Schlitz 26 aus, dessen Breite ebenfalls dem Durchmesser n entspricht. Die Tiefe t des Schlitzes 26 entspricht ferner der größten Nuttiefe tmax der Ringnut 23.

Zur Montage des Schaltnockens 20 auf der Welle 21 wird zuerst das Spannelement 11c mit seiner Ringnut 23 in den Schlitz 26 eingeführt und mit der größten Nuttiefe tmax so ausgerichtet, daß der Verbund aus Spannelement 11c und Schaltnocken 20 auf die Welle 21 aufschiebbar ist. Nach der Positionierung an der gewünschten Stelle auf der Welle 21 erfolgt das Verspannen des Schaltnockens 20 durch ein Drehen des Spannelements 11c in dem Schlitz 26, wobei die beiden Mantelflächen 27 des Spannelements 11c gegen die Welle 21 verspannt werden.

Um eine zusätzliche axiale Positionierung, insbesondere beim Auftreten von Querkräften F auf den Schaltnocken 20 zu ermöglichen, weist die Welle 22 entsprechend der Fig. 10 einen umlaufenden Einstich 28 auf, in der der Schaltnocken 20 eingreift. Bezüglich der Befestigung des Schaltnockens 20 auf der Welle 22 gilt das oben Beschriebene.

Ein weitere Abwandlung stellt das in Fig. 12 bis 15 dargestellte Spannelement 11d dar. Das Spannelement 11d weist einen Grundkörper 30 auf, dessen Geometrie entsprechend der des Spannelements 11 ausgebildet ist. An einer Stirnseite des Grundkörpers 30 ist ein Fortsatz 31 angeordnet, der über ein zylindrisches Zwischenstück 32 mit dem Grundkörper 30 verbunden ist. Der Fortsatz 31 mit der Breite b und zwei ebenen Seitenflächen 33 weist gemäß der Fig. 13 eine rechteckige Querschnittsfläche mit abgerundeten Seiten 34 auf. Die ebenen Seitenflächen 33 erstrecken sich parallel zur Mittelpunktsachse des Durchmessers m2.

Mittels des Spannelements 11d läßt sich ein Drehknopf 35 auf einer Welle 36 entsprechend der Fig. 14 radial und axial fixieren. Dazu hat die Welle 36, die zum Beispiel Bestandteil einer Verstelleinrichtung ist, an einem Ende einen schraubenkopfförmigen Mitnehmer 37 und ist ferner in einen eine Bohrung 38 aufweisenden Flansch 39 dreh- und axial verschiebbar gelagert. Auf der dem Drehknopf 35 zugewandten Seite hat der Flansch 39 eine umlaufende, im Querschnitt rechteckförmige Nut 40 zur teilweisen Aufnahme des Fortsatzes 31 des Spannelements 11d sowie eine erste Ausnehmung 41 zum Einführen des Fortsatzes 31 in die Nut 40. Der auf die Welle 36 aufschiebbare Drehknopf 35 hat einen abgesetzten Abschnitt 42, der über den Bereich der Nut 40 angeordnet ist. In dem Abschnitt 42 ist ebenfalls eine umlaufende Nut 43 zur teilweisen Aufnahme des Fortsatzes 31 des Spannelements 11d sowie eine zweite Ausnehmung 44 zum Einführen des Fortsatzes 31 ausgebildet. Ferner weist der Drehknopf 35 auf der dem Abschnitt 42 abgewandten Stirnseite eine Ausnehmung 15d entsprechend der Ausnehmung 15 der Nabe 10 der Fig. 1 bis 3 zur Aufnahme des Grundkörpers 30 auf.

Zur Befestigung des Drehknopfes 35 auf der Welle 36 wird der Drehknopf 35 zuerst auf die Welle 36 aufgeschoben und die beiden Nuten 40 und 43 sowie die beiden Ausnehmungen 41 und 44 entsprechend den Fig. 14 und 15 miteinander ausgerichtet. Anschließend wird das Spannelement 11d in die Ausnehmung 15d und der Fortsatz 31 in die beiden Nuten 40 und 43 eingeführt. Zuletzt wird durch Drehen des Spannelements 11d die Fixierung des Drehknopfes 35 auf der Welle 36 sichergestellt.

In der Fig. 16 ist die Seitenansicht eines Spannelements 11e dargestellt, das im Gegensatz zu den beschriebenen Spannelementen 11 sowie 11a bis 11d nur in eine Richtung gedreht werden kann, um die nötige Verspannung mit den Bauteilen zu ermöglichen. In diesem Fall ist ein Klemmkurvenabschnitt 45 vorgesehen, deren Winkelbereich wie der Klemmkurvenabschnitt 18 ebenfalls weniger als 180 Grad beträgt. Der Klemmkurvenabschnitt 45 ist dadurch gekennzeichnet, daß dessen Abstand zum Mittelpunkt des Grundkreises 46 mit dem Durchmesser m1 bis auf das Maß m1-Ü stetig abnimmt, um dann mittels eines Übergangs 47 wieder auf den Grundkreis 46 zurückzuführen. Der Vorteil eines derart ausgebildeten Spannelements 11e ist insbesondere darin zu sehen, daß der in der Fig. 3 dargestellte Mittelpunktsabstand A mit einer größeren Toleranz ausgebildet sein kann, wobei das Spannelement 11e trotzdem in die Ausnehmung 15 eingeschoben werden kann.

Bei den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Ausnehmung 15 bzw. 15d stets außerhalb der Welle 12 bzw. 36 ausgebildet. Dies setzt voraus, daß in dem entsprechenden Bauteil genügend Bauhöhe vorhanden ist, um die Ausnehmung 15, 15d ohne Festigkeitsverlust integrieren zu können.

Bei dem in den Fig. 17 und 18 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hingegen die Ausnehmung 15f für das Spannelement 11f aufgrund der geringen Bauhöhe der Nabe 10f in Längsrichtung in der Welle 12f ausgebildet. In diesem Fall entsteht die Geometrie der Ausnehmung 15f durch Achsspiegelung der Ausnehmung 15 an dem Umfang der Welle 12 entsprechend der Fig. 1, so daß am Umfang der Welle 12f eine Öffnung 29 ausgebildet ist.

Um die Aufnahme einer größeren, in Längsrichtung der Welle bzw. der Nabe verlaufenden Axialkraft F zu ermöglichen, ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 19 und 20 an der Welle 12g eine Abflachung 48 und an der Welle 12h eine umlaufende Nut 49 vorgesehen. Weiterhin verlaufen die Ausnehmungen 15g und 15h nur über einen Teil der Breite der Naben lag und 10h, so daß in Angriffsrichtung der Axialkraft F ein Steg 51, 52 verbleibt. Durch die Anordnung des Spannelements 11 innerhalb der Abflachung 48 bzw. der Nut 49 stützt sich somit beim Vorhandensein der Axialkraft F der Steg 51, 52 an dem Spannelement 11 ab, welches sich seinerseits an einer Stirnfläche der Abflachung 48 bzw. der Nut 49 abstützt.

In Ergänzung zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen, bei denen das Spannelement stets axial mit der Welle ausgerichtet ist, so daß zwischen der Welle und dem Spannelement eine Linienpressung stattfindet, ist es selbstverständlich auch denkbar, das Spannelement radial zur Welle auszurichten, so daß zwischen der Welle und dem Spannelement lediglich eine Punktberührung stattfindet. Dies kann insbesondere bei geringen zu übertragenden Drehmomenten und ungünstigen Einbauverhältnissen für das Spannelement vorteilhaft sein.

Claims

1. System zum Befestigen eines Bauteiles (10; 10g; 10h; 35) auf einer Welle (12; 12g; 12h; 36), mit einer in dem Bauteil (10; 10g; 10h; 35) ausgebildeten ersten kreisförmigen Ausnehmung (16) zur Aufnahme der Welle (12; 12g; 12h; 36) und einer die erste Ausnehmung (16) schneidenden, ebenfalls in dem Bauteil (10; 10g; 10h; 35) ausgebildeten, im wesentlichen kreisförmigen zweiten Ausnehmung (15; 15d; 15g; 15h) zur Aufnahme eines Spannelementes (11; 11d; 11e), so daß der Mittelpunktsabstand (A) der beiden Ausnehmungen (15; 15d; 15g; 15h; 16) um ein Maß (Ü) gegenüber der Summe der Radien (R, r) der beiden Ausnehmungen (15; 15d; 15g; 15h; 16) reduziert ist, wobei das in die zweite Ausnehmung (15; 15d; 15g; 15h) einführbare Spannelement (11; 11d; 11e) einen kreisbogenförmigen, mehr als 180 Grad umschließenden Abschnitt und einen weniger als 180 Grad umschließenden Klemmkurvenabschnitt (18; 45) aufweist, und wobei der Abstand der Punkte des Klemmkurvenabschnitts (18; 45) zum Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Abschnitts stets geringer ist als der Radius (r) des kreisförmigen Abschnitts, so daß beim Drehen des Spannelements (11; 11d; 11e) in der zweiten Ausnehmung (15; 15d; 15g; 15h) der Klemmkurvenabschnitt (18; 45) im Überschneidungsbereich (17) der beiden Ausnehmungen (15; 15d; 15g; 15h; 16) in Kontakt mit der Welle (12; 12g; 12h; 36) gelangt und das Bauteil (10; 10g; 10h; 35) dabei auf der Welle (12; 12g; 12h; 36) verspannt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausnehmung (15; 15g; 15h) über die gesamte Breite des Bauteils (10; 10g; 10h) ausgebildet ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausnehmung (15g; 15h) über einen Teil der Breite des Bauteils (10g; 10h) ausgebildet ist und daß das Spannelement (11) in eine in der Welle (12g; 12h) ausgebildete Ausnehmung (48; 49) eingreift.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausnehmung (15d) über einen Teil der Breite des Bauteils (35) ausgebildet ist und daß in eine erste Aussparung (43) des ausnehmungsfreien Abschnitts (42) des Bauteils (35) ein Fortsatz (31) des Spannelements (11d) einschwenkbar ist, das mit einer an dem Bauteil (35) ortsfest angeordneten zweiten Aussparung (40) zusammenwirkt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (31) mittels eines Zwischenelements (32) mit einem Grundkörper (30) des Spannelements (11d) verbunden ist, daß der Fortsatz (31) eine im wesentlichen rechteckigförmige Querschnittsfläche aufweist und daß der Fortsatz (31) zur Montage des Spannelements (11d) in der zweiten Ausnehmung (15d) zumindest durch eine in dem Bauteil (35) ausgebildete Aussparung (44) durchführbar ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mantelfläche des Spannelements (11a; 11b) umlaufende bzw. unterbrochene Sicken (19a; 19b) ausgebildet sind.

7. System zum Befestigen eines Bauteiles (10f) auf einer Welle (12f), mit einer in dem Bauteil (10f) ausgebildeten ersten kreisförmigen Ausnehmung zur Aufnahme der Welle (12f) und einer in der Welle (12f) ausgebildeten, im wesentlichen kreisförmigen zweiten Ausnehmung (15f), die am Umfang der Welle (12f) eine Öffnung (29) ausbildet, wobei in die zweite Ausnehmung (15f) ein Spannelement (11f) einführbar ist, das einen kreisbogenförmigen, mehr als 180 Grad umschließenden Abschnitt und einen weniger als 180 Grad umschließenden Klemmkurvenabschnitt (18) aufweist, und wobei der Abstand der Punkte des Klemmkurvenabschnitts (18) zum Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Abschnitts stets geringer ist als der Radius (r) des kreisförmigen Abschnitts, so daß beim Drehen des Spannelements (11f) in der zweiten Ausnehmung (15f) der Klemmkurvenabschnitt (18) im Bereich der Öffnung (29) in Kontakt mit der Welle (12f) gelangt dabei das Bauteil (10f) dabei auf der Welle (12f) verspannt.

8. System zum Befestigen eines Bauteiles (20) auf einer Welle (21; 22), mit einer in dem Bauteil (20) ausgebildeten kreisförmigen Ausnehmung (25) zur Aufnahme der Welle (21; 22), mit einem von der kreisförmigen Ausnehmung (25) ausgehenden Schlitz (26), in den eine Ringnut (23) eines Spannelementes (11c) eingreift, wobei die Schlitztiefe (t) der größten Nuttiefe (tmax) entspricht, und wobei das Spannelement (11c) am Umfang seiner ringnutfreien Bereiche einen kreisbogenförmigen, mehr als 180 Grad umschließenden Abschnitt und einen weniger als 180 Grad umschließenden Klemmkurvenabschnitt (18) aufweist, wobei der Abstand der Punkte des Klemmkurvenabschnitts (18) zum Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Abschnitts stets geringer ist als der Radius (r) des kreisförmigen Abschnitts, so daß beim Drehen des Spannelements (11c) in dem Schlitz (26) sich der Klemmkurvenabschnitt (18) gegen den Umfang der Welle (21, 22) abstützt und das Bauteil (20) dabei mit der Welle (21; 22) verspannt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Welle (22) eine nutförmige Ausnehmung (28) ausgebildet ist, in die das Bauteil (20) teilweise hineinragt.