EP2435721A1 - Shaft-hub connection having polygon profile - Google Patents

Shaft-hub connection having polygon profile

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EP2435721A1
EP2435721A1 EP20100725022 EP10725022A EP2435721A1 EP 2435721 A1 EP2435721 A1 EP 2435721A1 EP 20100725022 EP20100725022 EP 20100725022 EP 10725022 A EP10725022 A EP 10725022A EP 2435721 A1 EP2435721 A1 EP 2435721A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
corners
hub
radius
hub connection
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20100725022
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German (de)
French (fr)
Inventor
Petar Gugic
Inge Klobasa
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PIV Drives GmbH
Original Assignee
PIV Drives GmbH
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Filing date
Publication date
Priority to DE200910023449 priority Critical patent/DE102009023449A1/en
Application filed by PIV Drives GmbH filed Critical PIV Drives GmbH
Priority to PCT/EP2010/003290 priority patent/WO2010139441A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D1/101Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially without axial retaining means rotating with the coupling
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    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D2001/102Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via polygon shaped connections

Abstract

The invention relates to a shaft-hub connection having a polygon profile with rounded corners, wherein at least two corners are present and wherein the corners are rounded with a small radius and are connected to a section having a large radius, wherein the neighboring radii merge tangentially and wherein in preferred embodiments the centers of the radii have the same distance, or in further embodiments have a different distance, to the center of the polygon.

Description

Wellen-Naben-Verbindunq mit Polygonprofil Shaft hub connection with polygonal profile
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft eine Wellen-Naben-Verbindung mit einem Polygonprofil mit abgerundeten Ecken.The invention relates to a shaft-hub connection with a polygonal profile with rounded corners.
Wellen-Naben-Verbindungen sind wichtige technische Mittel zur Übertragung von Drehmomenten. Besonders weit verbreitete Wellen-Naben-Verbindungen sind dabei beispielsweise Wellen-Naben-Kombinationen mit für eine Übertragung von Drehmomenten eigentlich ungeeigneten Passungen, bei denen für die genannten Drehmomentübertragungen die Wellen-Naben- Verbindung mit wenigstens einer Passfeder versehen ist oder aber ein Keiloder Vierkantprofil aufweist. - Solche Verbindungen sind bekanntermaßen in der geforderten Qualität und Präzision relativ schwierig zu fertigen.Shaft-hub connections are important technical means for transmitting torques. Particularly widespread shaft-hub connections are, for example shaft-hub combinations with actually unsuitable for a transmission of torque fits, in which for the torque transmissions mentioned the shaft-hub connection is provided with at least one key or has a wedge or square profile , Such compounds are known to be relatively difficult to produce in the required quality and precision.
Alternativ sind für Wellen-Naben-Verbindungen auch reine Presssitze möglich. Auch bei diesen ist aber eine hohe Fertigungspräzision erforderlich. Außerdem weisen Wellen-Naben-Verbindungen mit Presssitz den Nachteil auf, dass die miteinander verbundenen Teile nicht mehr axial gegeneinander verschiebbar sind.Alternatively, pure press seats are possible for shaft-hub connections. Even with these, however, a high manufacturing precision is required. In addition, shaft-hub connections with interference fit have the disadvantage that the interconnected parts are no longer axially against each other.
Einige dieser Nachteile kann man überwinden durch die Verwendung vonSome of these disadvantages can be overcome by the use of
Polygonprofilen, wie sie mit den Normen DIN 3271 1 oder DIN 32712 normiert werden.Polygonal profiles, as standardized with the standards DIN 3271 1 or DIN 32712.
In der DIN 32711 wird dabei ein im Wesentlichen dreieckiges Polygonprofil beschrieben, das als „P3G" bezeichnet wird und ein Gleichdick ist. Dieses Polygonprofil stellt eine Sonderform einer Trochoide dar und weist insbesondere die folgenden charakteristischen Merkmale auf: Dieses Profil hat nur eine geringe oder auch keine Kerbwirkung. Es ist mit ihm eine höhere Drehmomentübertragung möglich im Vergleich zu anderen formschlüssigen Wellen-Naben-Verbindungen. Dies ist z. B. auf fehlende Kerbwirkungen zurückzuführen, die an Passfedernutzen oder bei Keilprofilen auftreten. Unter Drehmoment zentrieren sich Welle und Nabe z. B. bei dem „P3G"-Profil auch selbst. Außerdem können, wenn ein derartiges Polygonprofil und kreisrunde Querschnitte an einem Bauteil vorgesehen sind, diese in derselben Aufspannung bearbeitet werden. Dabei ist kein Werkzeugauslauf nötig, das heißt, das Polygonprofil kann direkt an einen Wellenbund anschließen.In DIN 32711, a substantially triangular polygon profile is described, which is called "P3G" and is a uniform thickness.This polygon profile represents a special form of a trochoid and in particular has the following characteristic features: This profile has little or no notch effect. It is possible with him a higher torque transmission compared to other form-fitting shaft-hub connections. This is z. B. attributable to missing notch effects that occur at feather key or wedge profiles. Under torque center shaft and hub z. In addition, if such a polygonal profile and circular cross sections are provided on a component, they can be machined in the same clamping Connect shaft collar.
Nachteilig an diesem „P3G"-Profil ist allerdings, dass mit ihm verbundene Bauteile unter Last, d. h. unter Drehmoment nicht längsverschiebbar sind.A disadvantage of this "P3G" profile, however, is that components connected to it are not longitudinally displaceable under load, that is to say under torque.
Wenn eine Längsverschiebbarkeit unter Drehmoment gefordert ist, wird das im Wesentlichen viereckige Polygonprofil „P4C" gemäß DIN 32712 vorgeschlagen. Dieses Polygonprofil setzt sich nicht nur aus Teilen einer Trochoide zusammen sondern hat auch Kreisbögenabschnitte.If a longitudinal displacement under torque is required, the substantially quadrangular polygonal profile "P4C" is proposed according to DIN 32712. This polygonal profile is not only composed of parts of a trochoid but also has circular arc sections.
Nachteilig an der Form des Polygonprofils „P4C" ist, dass eine entsprechende Nabenaufnahme nicht mit Schleifen hergestellt werden kann. Vielmehr müssen entsprechende Aufnahmen wegen ihrer disharmonischen Profilform geräumt werden. Die hierfür benötigten Räumwerkzeuge müssen dabei spezifisch hergestellt werden. Dies erfordert einen hohen Zeit- und Kostenaufwand.A disadvantage of the shape of the polygon profile "P4C" is that a corresponding hub mount can not be made with loops, but rather the corresponding images must be cleared because of their disharmonic profile shape cost.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Wellen-Naben-Verbindung anzugeben, welche die positiven Eigenschaften der bekannten Polygon- Wellen-Naben-Verbindungen aufweist, dabei aber insbesondere auch mit üblichen Schleifmaschinen herstellbar ist und insbesondere auch schleifbare Naben hat.Object of the present invention is therefore to provide a shaft-hub connection, which has the positive characteristics of the known polygon shaft-hub connections, but in particular also with conventional grinding machines can be produced and in particular also has sandable hubs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Wellen- Naben-Verbindung mit einem Polygonprofil und abgerundeten Ecken eine Anzahl von wenigstens zwei Ecken vorhanden ist und die Ecken mit kleinem Radius r1 abgerundet sind und mit einem Abschnitt mit einem großen Radius R2 verbunden sind, wobei benachbarte Radien tangential ineinander übergehen.This object is achieved in that at a shaft hub connection with a polygonal profile and rounded corners a number of at least two corners is present and the corners with small Radius r1 are rounded and are connected to a section with a large radius R2, wherein adjacent radii tangentially merge into each other.
Durch die für den jeweiligen Bedarfsfall angepasste Wahl der beiden Radien r1 und R2 wird gegenüber den bekannten Trochoidenformen erreicht, dass die geometrische Form einer Wellen-Naben-Verbindung an einen spezifischen Einsatzfall und dabei insbesondere an das spezifisch zu übertragende Drehmoment angepasst werden kann.The choice of the two radii r1 and R2, which is adapted to the particular requirement, achieves the familiar shape of the trochoid, in that the geometric shape of a shaft-hub connection can be adapted to a specific application and, in particular, to the specific torque to be transmitted.
Ebenso ist damit eine Optimierung des abzutragenden Materials und des benötigten Bauraumes möglich.Likewise, an optimization of the material to be removed and the required installation space is possible.
Der Radius r1 ist dabei kleiner als der Radius rW der Welle und der Radius R2 ist größer als dieser Radius rW der Welle.The radius r1 is smaller than the radius rW of the shaft and the radius R2 is greater than this radius rW of the shaft.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Wellen-Naben- Verbindung ein Profil mit einer ungeraden Anzahl von Ecken, wobei die Radien von sich diametral gegenüberliegenden Ecken und Abschnitten zwischen zwei Ecken den gleichen Mittelpunkt haben können. Man erhält damit ein sogenanntes Gleichdick, das insbesondere z. B. bei seiner Fertigung gut auf seine Maßhaltigkeit überprüft werden kann.In a particularly preferred embodiment, the shaft-hub connection has a profile with an odd number of corners, wherein the radii of diametrically opposite corners and portions between two corners may have the same center. This gives a so-called equal thickness, the particular z. B. can be easily checked for dimensional accuracy in its production.
Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung, wenn in einem solchen Fall der ungeraden Anzahl von Ecken die Radien von sich diametral gegenüberliegenden Ecken und Abschnitten zwischen zwei Ecken unterschiedliche Mittelpunkte haben, solange die benachbarten Radien tangential in einander übergehen.But it is also within the scope of the invention, if in such a case the odd number of corners, the radii of diametrically opposite corners and sections between two corners have different centers, as long as the adjacent radii merge tangentially into each other.
Auch bei einer geraden Anzahl von Ecken können die Radien voneinander zuzuordnenden Ecken bzw. Abschnitten zwischen zwei Ecken mit ihren Mittelpunkten auf unterschiedlichen Kreisen liegen. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik ist darin zu sehen, dass die vorgesehenen Profile, die bei ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine „Ecken"- Anzahl ≥ 5 haben, ein höheres Drehmoment übertragen können mit gleichzeitig geringeren spezifischen Pressungen. Hieraus ergibt sich eine unter Last mögliche axiale Verschiebbarkeit.Even with an even number of corners, the radii of mutually attributable corners or sections between two corners can lie with their centers on different circles. A significant advantage over the prior art is the fact that the intended profiles, which in very particularly preferred embodiments of the invention have a "corner" number ≥ 5, can transmit a higher torque with simultaneously lower specific pressures there is a possible under load axial displacement.
Außerdem befindet sich zwischen Welle und Nabe bei geeigneter Paarung ein definierter Spalt, mit dem bei Bedarf eine hydraulische Abdichtung zu erreichen ist. Dieser Spalt ist dabei sowohl dichtend als auch schmierend zu nutzen. Hierzu laufen die Profile von Welle und Nabe insbesondere parallel zueinander.In addition, there is a defined gap between shaft and hub with suitable mating, with the hydraulic seal can be achieved if necessary. This gap is used both sealing and lubricating. For this purpose, the profiles of shaft and hub run in particular parallel to each other.
Des Weiteren hat die hier beschriebene Wellen-Naben-Verbindung ein definierbares Verdrehspiel, was ihren technischen Einsatz erleichtert.Furthermore, the shaft-hub connection described here has a definable backlash, which facilitates their technical use.
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform verlaufen aber nicht alle an Welle und Nabe sich gegenüberliegenden Abschnitte parallel zueinander. Vielmehr ist vorgesehen, dass bei wenigstens einem von zwei an Nabe und Welle liegenden Abschnitten zwei unterschiedliche Radien vorgesehen sind. Hierdurch wird in diesem Bereich ein axial verlaufender Kanal erzeugt, der bedarfsweise auch z. B. für die Durchleitung von Hydrauliköl etc. genutzt werden kann, indem bei einer Ecke oder in einem zwischen diesen liegenden Abschnitt das Profil nicht parallel zu einer korrespondierenden Ecke oder einem korrespondierenden Abschnitt verläuft.In a further preferred embodiment, however, not all of the shaft and hub opposite portions extend parallel to each other. Rather, it is provided that two different radii are provided in at least one of two sections lying on the hub and shaft. As a result, an axially extending channel is generated in this area, the need also z. B. for the passage of hydraulic oil, etc. can be used by the profile is not parallel to a corresponding corner or a corresponding portion at a corner or in a lying between these sections.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Profile sind mit üblichen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen herstellbar. Die dabei zu erzeugenden kreisförmigen Werkzeugbahnen sind erheblich einfacher zu beschreiben und zu definieren als dies nach den Gleichungen möglich ist, die im Stand der Technik für Polygonprofile „P3G" oder „P4C" angegeben werden. Dies ist insbesondere auch dadurch begründet, dass die bisherigen Polygonprofile lediglich als Trochoiden erzeugt werden. Unter einer Trochoide ist dabei die Kurve zu verstehen, die ein Punkt innerhalb oder außerhalb eines Kreises beschreibt, der auf einer Basiskurve, insbesondere einem festen Kreis abrollt.The inventively provided profiles can be produced with conventional numerically controlled machine tools. The circular tool paths to be created are much easier to describe and define than is possible with the equations given in the prior art for polygon profiles "P3G" or "P4C". This is due in particular to the fact that the previous polygonal profiles are only generated as trochoidal. Under a trochoid, the curve is closed understand that describes a point inside or outside a circle that rolls on a base curve, in particular a fixed circle.
Bei den bisher bekannten und zum Einsatz kommenden Polygon-Profilen wurden derartige Kurven insbesondere durch die Kinematik von mechanisch gesteuerten Polygon-Schleifmaschinen bestimmt. Es wird dabei in den die Profile normierenden DIN-Normen immer ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die jetzt erfindungsgemäß vorgesehene einfachere Verwendung von zwei tangential ineinander übergehenden Radien zur Definition des Kurvenverlaufes nur als Hilfsmittel für eine zeichnerische Darstellung verwandt werden kann, nicht aber für eine tatsächliche Ausführung.In the previously known and used polygon profiles such curves were determined in particular by the kinematics of mechanically controlled polygon grinding machines. It is always expressly pointed out in the standard DIN standards that the present invention provided easier use of two tangentially merging radii to define the curve can be used only as an aid to a graphical representation, but not for an actual execution ,
Die jetzt vorgeschlagene Wellen-Naben-Verbindung auch mit einer größeren Anzahl von „Ecken", die über einfache geometrische Zusammenhänge zu beschreiben und zu erzeugen sind und untereinander in Verbindung stehen, überwindet somit eine als technisches Vorurteil zu bewertende Auffassung, dass geeignete Polygonprofile nur durch geometrisch komplexe Trochoid- Gleichungen zu beschreiben sind.The now proposed shaft-hub connection, even with a larger number of "corners" that are to be described and generated by simple geometrical relationships and related to each other, thus overcomes a technical prejudice to be evaluated opinion that suitable polygon profiles only by geometrically complex trochoid equations are to be described.
Im Übrigen werden in der Normliteratur auch lediglich bis zu vier „Ecken" für Polygonprofile vorgeschlagen, was mit der oben beschriebenen komplexen Herstellung in Zusammenhang steht. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass bei den bekannten Polygonprofilen teilweise nicht nur spezifische Werkzeuge für deren Fertigung herzustellen sind sondern eventuell sogar spezifische Bauteile für die Werkzeugmaschine, mit der das Polygonprofil gefertigt werden soll.Incidentally, in the standard literature, only up to four "corners" are proposed for polygonal profiles, which is related to the above-described complex fabrication It should be pointed out once again that in the known polygonal profiles, not only specific tools for their manufacture are sometimes produced but may even be specific components for the machine tool with which the polygon profile is to be made.
Um die Herstellbarkeit eines erfindungsgemäßen Polygonprofils zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, bei einer mit Nachkommastellen vorgegebenen Genauigkeit einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, denIn order to ensure the manufacturability of a polygonal profile according to the invention, it is proposed, at a given with decimal places accuracy of a numerically controlled machine tool, the
Quotienten aus Eckenzahl und 360° auf werte zu beschränken, die mit diesen Nachkommastellen exakt darstellbar sind und somit auf Polygone, die mit der Bearbeitungsmaschine ohne weiteres in der gewünschten Qualität herstellbar sind. Damit die Winkel, über die sich die von den Radien beschriebenen Kreisbögen erstrecken, eine ganze Zahl sind und ein Profil somit besonders leicht herstellbar ist, wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die vorgesehene Eckenzahl des Profils einen (ganzzahligen) Teiler von 360 darstellt. - Ein solcher Teiler hat dann keine Nachkommastellen.To limit quotients of the number of vertices and 360 ° to values which can be represented exactly with these decimal places and thus to polygons that can be easily produced with the processing machine in the desired quality. In order for the angles over which the circular arcs described by the radii extend to be an integer and thus a profile to be produced particularly easily, in a particularly preferred embodiment of the invention, it is proposed in particular that the envisaged corner number of the profile has an (integral) divider of 360 represents. - Such a divider then has no decimal places.
Fertigungstechnisch ist es möglich, das beschriebene Polygon in einem Außenschleifvorgang auf die Welle aufzubringen. Wesentlich ist dabei, dass der Radius der „Ecken" tangential in den radial ausgestalteten Abschnitt zwischen zwei „Ecken" übergeht.Manufacturing technology, it is possible to apply the described polygon in an external grinding on the shaft. It is essential that the radius of the "corners" passes tangentially into the radially configured section between two "corners".
Durch den tangentialen Übergang wird insgesamt an der Welle ein Außen- konturverlauf erreicht, der keinerlei konkave, sondern lediglich konvexe Abschnitte aufweist. Gleichzeitig sind an der Nabe ausschließlich konkave Abschnitte vorhanden. Hierdurch wird sowohl die gute Herstellbarkeit gewährleistet als auch eine Messbarkeit, die für eine qualitativ hochwertige Fertigung notwendig ist.Due to the tangential transition, an outer contour profile is achieved overall on the shaft, which has no concave but only convex sections. At the same time only concave sections are present at the hub. This ensures both good manufacturability and measurability, which is necessary for high-quality production.
Es ist aber auch möglich, eine Anzahl von „Ecken" zu wählen, die als Quotient mit 360° einen Wert ergibt, der von der vorgesehenen numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, die in der Verarbeitungsgenauigkeit durch von ihr darstellbare Nachkommastellen bestimmt wird, mit ihren Nachkommastellen noch exakt dargestellt werden kann.But it is also possible to choose a number of "corners", which gives a quotient of 360 °, a value of the intended numerically controlled processing machine, which is determined in the processing accuracy by representable by her decimal places, with their decimal places still exactly can be represented.
Bei einer wie oben beschrieben besonders bevorzugten Ausführungsform mit ungerader Anzahl von Ecken in Verbindung mit gleichen Radienmittelpunkten von einander diametral gegenüberliegenden Radien erhält man ein Gleichdick. Dieses spezielle Wellen- und Nabenprofil hat somit eine besonders leicht messbare Form: legt man die Welle z. B. in einem Messschieber zwischen zwei parallele Flächen, so ist deren Abstand zueinander immer gleich, unabhängig von der Winkelposition der Welle zwischen den Flächen. Gleiches gilt für das Nabenprofil, das über zwei Taster z. B. eines Innenmikrometers ermittelt wird, indem diese auf einen Maximalwert ihres Abstandes eingestellt werden.In an embodiment with an odd number of corners, as described above, in conjunction with equal radii centers of diametrically opposite radii, a uniform thickness is obtained. This special shaft and hub profile thus has a particularly easily measurable shape: put the shaft z. B. in a caliper between two parallel surfaces, their distance from each other is always the same, regardless of the angular position of the shaft between the surfaces. The same applies to the Hub profile, the two buttons z. B. an internal micrometer is determined by these are set to a maximum value of their distance.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigtFurther advantages and features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments. It shows
Figur 1 einen Schnitt durch eine Wellen-Naben-Verbindung mit fünf abgerundeten „Ecken";Figure 1 is a section through a shaft-hub connection with five rounded "corners";
Figur 2 einen Schnitt durch eine Welle mit zwei abgerundete „Ecken"; Figur 3 einen Schnitt durch eine Welle mit drei abgerundete „Ecken",Figure 2 is a section through a shaft with two rounded "corners" Figure 3 is a section through a shaft with three rounded "corners",
Figur 4 einen Schnitt durch eine weitere Welle für eine Wellen-Naben-FIG. 4 shows a section through a further shaft for a shaft-hub
Verbindung mit drei abgerundete „Ecken",Connection with three rounded "corners",
Figur 5 einen Schnitt durch eine Wellen-Naben-Verbindung mit vier abgerundete „Ecken"; Figur 6 einen Schnitt durch eine Wellen-Naben-Verbindung mit fünf abgerundete „Ecken"5 shows a section through a shaft-hub connection with four rounded "corners"; [0027] FIG. 6 shows a section through a shaft-hub connection with five rounded "corners".
Figur 7 einen Schnitt durch eine an der Ausführungsform eine Welle mit fünf abgerundeten „Ecken"FIG. 7 shows a section through an embodiment of a shaft with five rounded "corners"
Figur 8 einen Schnitt durch eine Nabe mit neun abgerundeten „Ecken" Figur 9 den Längsschnitt durch eine Welle und ein Kegelscheibenpaar mit einer Wellen-Naben-Verbindung.Figure 8 shows a section through a hub with nine rounded "corners" Figure 9 shows the longitudinal section through a shaft and a conical disk pair with a shaft-hub connection.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Wellen-Naben-Verbindung. Eine solche kommt zum Einsatz, wenn zwischen Welle und Nabe ein Drehmoment zu übertragen ist.FIG. 1 shows a section through a shaft-hub connection. Such is used when torque has to be transmitted between shaft and hub.
Ein ganz spezielles Anwendungsbeispiel ist hierzu in der Figur 9 dargestellt. In dieser erkennt man den Längsschnitt durch eine Welle eines Kegelscheibengetriebes. Dieses weist eine feststehende Kegelscheibe 1 auf, die einstückig mit der Welle 2 hergestellt ist. Des Weiteren erkennt man eine auf der Welle 2 verschiebbare Kegelscheibe 3. Die Welle 2 hat einen polygonal geschliffenen Abschnitt 4, auf dem die verschiebbare Kegelscheibe 3 mit einem Nabenabschnitt 5 aufsitzt. Dies ist in der Figur 1 im Schnitt entlang der Linie l-l gemäß Figur 9 dargestellt. Man erkennt die mit einer mittigen Bohrung 6 versehenen Welle 2 in ihrem polygonal geschliffenen Abschnitt 4, auf die maßgenau der in seiner Innenkontur ebenfalls polygonal geschliffenen Nabenabschnitt 5 der verschiebbaren Kegelscheibe 3 aufsitzt.A very specific application example is shown in FIG. 9 for this purpose. In this one recognizes the longitudinal section through a shaft of a bevel gear. This has a fixed conical disk 1, which is made in one piece with the shaft 2. Furthermore, one recognizes a displaceable on the shaft 2 cone pulley 3. The shaft 2 has a polygonal ground section 4, on which the displaceable conical disk 3 is seated with a hub portion 5. This is shown in the figure 1 in section along the line II according to FIG. It can be seen that provided with a central bore 6 shaft 2 in its polygonal ground section 4, the dimensionally accurate in its inner contour also polygonal ground hub portion 5 of the movable conical disk 3 is seated.
Über die polygonale Form ist es möglich, von der Welle 2 Drehmomente auf die verschiebbare Kegelscheibe 3 zu übertragen oder aber von der Kegelscheibe 3 auf die Welle 2.About the polygonal shape, it is possible to transmit from the shaft 2 torques on the sliding cone pulley 3 or from the conical disk 3 to the shaft second
Es sei hier erwähnt, dass anstelle eines wie hier dargestellten Kegelscheibengetriebes mit einer verschiebbaren Kegelscheibe 3 auch ein übliche Zahnradgetriebe möglich ist, bei dem anstelle einer verschiebbaren Kegelscheibe 3 dann ein verschiebbares Zahnrad vorzusehen wäre.It should be mentioned here that instead of a conical disk gear as shown here with a displaceable conical disk 3, a conventional gear transmission is possible, in which instead of a displaceable conical disk 3 would then provide a sliding gear.
Im hier dargestellten Beispiel hat das polygonale Profil des geschliffenen Abschnittes 4 eine ungerade Anzahl von „Ecken" 7. Im hier dargestellten Beispiel beträgt diese Anzahl 5. Diese „Ecken" sind - wie auch in den anderen hier dargestellten Beispielen gleichmäßig um den Umfang der Welle verteilt.In the example shown here, the polygonal profile of the ground section 4 has an odd number of "corners" 7. In the example shown here, this number is 5. These "corners" are - as in the other examples shown here evenly around the circumference of the shaft distributed.
Diese „Ecken" sind jeweils mit einem kleinen Radius r1 abgerundet und sind jeweils mit Abschnitten 8 verbunden. Diese Abschnitte 8 sind ebenfalls mit einem konstanten Radius R2 hergestellt. Wesentlich ist, dass jeweils zwei zueinander benachbarte Radien r1 und R2 tangential ineinander übergehen.These "corners" are each rounded off with a small radius r1 and are each connected to sections 8. These sections 8 are likewise produced with a constant radius R2 It is essential that two mutually adjacent radii r1 and R2 merge tangentially into one another.
Aufgrund der ungeraden Anzahl von „Ecken" liegen sich über den Mittelpunkt der Welle 2 diametral jeweils eine „Ecke" 7, die mit einem kleinen Radius r1 abgerundet ist, und ein Abschnitt 8 gegenüber, der zwischen zwei „Ecken" 7 liegt und der den Radius R2 aufweist.Due to the odd number of "corners" are over the center of the shaft 2 diametrically each have a "corner" 7, which is rounded with a small radius r1, and a section 8, which lies between two "corners" 7 and the Radius R2 has.
Bei der hier dargestellten speziellen Ausführungsform haben dabei die Radien r1 und R2 den gleichen Mittelpunkt. Hierdurch erreicht man ein „Gleichdick", wie dies weiter unten noch einmal besprochen wird. Es sei hier noch erwähnt, dass der Radius r1 erheblich kleiner ist als der Nennradius der Welle 2 und der Radius R2 erheblich größer ist als dieser Nennradius der Welle.In the specific embodiment shown here, the radii r1 and R2 have the same center. This achieves a "same thickness", as discussed below. It should be mentioned here that the radius r1 is considerably smaller than the nominal radius of the shaft 2 and the radius R2 is considerably larger than this nominal radius of the shaft.
In der Figur 2 ist der Schnitt durch eine Welle mit einem Polygon-Profil mit zwei abgerundeten „Ecken" dargestellt. Auch dieses besteht aus mehreren Abschnitten, bei denen Kreisbogenabschnitte mit einem Krümmungsradius r1 an Übergangslinien 9 tangential in Kreisbögenabschnitte 8 übergehen, die einen großen Krümmungsradius R2 haben. Das sich ergebende Profil gleicht zwar einem Oval, ist aber keins, weil ein „echtes Oval" sich nicht aus lediglich vier Kreisbogenabschnitten zusammensetzt.2 shows the section through a shaft with a polygon profile with two rounded "corners." This too consists of several sections in which circular arc sections with a radius of curvature r1 at transition lines 9 transition tangentially into circular arc sections 8 having a large radius of curvature The resulting profile resembles an oval, but it is not, because a "real oval" does not consist of only four circular arc sections.
Im hier dargestellten Beispiel erkennt man weiter, dass die Welle einen Umkreis hat von beispielsweise 70 mm, während der Kreis, auf dem die Radien r1 ihren Mittelpunkt haben, einen Durchmesser von etwa 36 mm aufweist.In the example shown here, one recognizes further that the shaft has a circumference of, for example, 70 mm, while the circle on which the radii r1 have their center has a diameter of about 36 mm.
Ein weiteres Beispiel für ein polygonales Profil erkennt man in der Figur 3, wo drei abgerundete „Ecken" 7 vorhanden sind. Auch diese gehen an Übergangslinien 9 tangential in Kreisbogenabschnitte 8 über. Die drei „Ecken" 7 sind gleichmäßig über den Umfang des Profils verteilt und weisen zwischen sich einen Winkel von 120° auf.Another example of a polygonal profile can be seen in Figure 3, where there are three rounded "corners" 7. These, too, transition tangentially into arc sections 8 at transition lines 9. The three "corners" 7 are evenly distributed over the circumference of the profile and have between them an angle of 120 °.
Der Radius M , mit dem die „Ecken" 7 abgerundet sind, ist in dem hier dargestellten Beispiel mit 8 mm gewählt. Damit ergibt sich ein Radius für einen in das Polygonprofil einzuschreibenden Inkreis, der die Abschnitte 8 in ihrem mittlersten Punkt gerade noch berührt, von 32 mm und der Radius eines Umkreises, der die „Ecken" 7 in ihrem Mittelpunkt gerade noch berührt, von 37 mm.The radius M with which the "corners" 7 are rounded is chosen to be 8 mm in the example shown here, which results in a radius for an inscribed circle to be inscribed in the polygonal profile which just barely touches the sections 8 in its middle point. of 32 mm and the radius of a circumference, which just touches the "corners" 7 at its center, of 37 mm.
Dies ist für den Fall, dass der Radius des Abschnittes 8 auf dem gleichenThis is in the case that the radius of section 8 is on the same
Mittelpunkt liegt, wie der Radius der ihm diametral gegenüberliegenden „Ecke" 7, so dass das erreichte Profil ein Gleichdick ist. Es ist aber auch möglich, den Mittelpunkt der Radien r1 und R2 auf unterschiedliche Kreislinien zu legen. Dies ist beispielsweise in der Figur 4 gezeigt. Auch hier sind für die „Ecken" 7 Kreisbögen mit einem Radius r1 von 8 mm vorgesehen bei einem Umkreisdurchmesser von 37 mm. Durch die Wahl eines anderen Radius R2 erhält man „flachere" Abschnitte 8, die aber wiederum an den Übergangslinien 9 tangential in die abgerundeten „Ecken" 7 übergehen. Bei dem hier dargestellten Beispiel ergibt sich dann ein Inkreis mit einem Innendurchmesser von lediglich 28 mm.Center is located, as the radius of the diametrically opposite "corner" 7, so that the profile achieved is a uniform thickness. But it is also possible to place the center of the radii r1 and R2 on different circular lines. This is shown for example in FIG. 4. Here, too, 7 circular arcs with a radius r1 of 8 mm are provided for the "corners" with a circumference diameter of 37 mm.The choice of a different radius R2 results in "flatter" sections 8, which in turn tangentially into the transition lines 9 rounded off "corners" 7. In the example shown here then results in an inscribed circle with an inner diameter of only 28 mm.
In der Figur 5 erkennt man eine Wellen-Naben-Verbindung mit vier abgerundeten „Ecken" 7. Diese sind wiederum durch Radienabschnitte 8 miteinander verbunden. Während die „Ecken" 7 mit einem Radius r1 abgerundet sind, haben die Abschnitte 8 einen kreisbogenartigen Verlauf mit einem Radius R2. Die Welle hat dabei einen minimalen Durchmesser von 36,06 mm und einen maximalen Durchmesser von 38 mm. Der Radius r1 ist aber erheblich geringer als der sich daraus ergebende minimale Wellenradius r, während der Radius R2 erheblich größer ist als der sich daraus berechnende maximale Wellenradius rW.5 shows a shaft-hub connection with four rounded "corners" 7. These are in turn connected by radii sections 8. While the "corners" 7 are rounded with a radius r1, the sections 8 have a circular arc-like course a radius R2. The shaft has a minimum diameter of 36.06 mm and a maximum diameter of 38 mm. However, the radius r1 is considerably less than the resulting minimum shaft radius r, while the radius R2 is considerably larger than the maximum shaft radius rW which is calculated therefrom.
In der Figur 6 ist der Schnitt durch eine Wellen-Naben-Verbindung mit fünf gleichmäßig über den Umfang verteilten abgerundeten „Ecken" 7 dargestellt. In dem hier dargestellten Beispiel ist der Abrundungsradius r1 mit 7,5 mm festgelegt. Der Radius des diametral gegenüberliegenden Abschnittes 8 ist dabei mit 27,472 mm festgelegt, so dass sich ein Umkreis ergibt mit einem Durchmesser von 36 mm sowie ein Inkreis mit einem Durchmesser von 33,944 mm. Die beiden Radien r1 und R2 haben denselben Mittelpunkt, der 10,5 mm vom Wellenmittelpunkt 10 entfernt ist. Die Anzahl der „Ecken" 7 ist in diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mit fünf ein gradzahliger Teiler von 360. Damit beträgt der Winkel in Umfangsrichtung an der Welle zwischen zwei benachbarten „Ecken" 72°; ein Betrag ohne Nachkommastelle. Eine solche Ausführungsform lässt sich mit einer üblichen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine besonders gut und präzise herstellen. In der Figur 7 ist die Prinzipskizze einer Wellen-Naben-Verbindung dargestellt, die mit der Wellen-Naben-Verbindung in Figur 6 vergleichbar ist. Es sind wiederum fünf „Ecken" 7 vorhanden, die im hier dargestellten Beispiel einen Krümmungsradius r1 von 7 mm haben. Diese abgerundeten Ecken gehen in auf Kreisbögen liegende Abschnitte 8 über, die einen Radius R2 von 26,44 mm aufweisen. Die sich ergebende Welle hat somit einen minimalen Durchmesser von 32 mm und einen maximalen Durchmesser von 34 mm. Allerdings ist im hier dargestellten Beispiel ein einzelner Abschnitt 1 1 mit einem anderen Radius R3 von im hier dargestellten Beispiel 50 mm gearbeitet. Bei einer Kombination dieser entsprechenden Welle mit einer Nabe, die ausschließlich mit Abschnitten 8 gearbeitet ist, die einen Radius R2 von 26,44 mm haben, ergibt sich im Bereich des Abschnitts 1 1 ein axial verlaufender Kanalabschnitt 12, der beispielsweise zur Durchleitung von Hydraulik- oder Schmieröl verwandt werden kann. Im Bereich des Abschnittes 1 1 verläuft dabei der Abschnitt des Wellenprofils nicht parallel zu dem korrespondierenden Abschnitt des Nabenprofiles, wie bei den übrigen hier beschriebenen Ausführungsformen. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt des Radius R3 eines Abschnittes 8 den Radius r1 einer „Ecke" 7 so zu wählen, dass der Kanal 12 sich im Bereich dieser „Ecke" 7 einer Welle und der korrespondierenden „Ecke" einer Nabe ausbildet.6 shows the section through a shaft-hub connection with five rounded "corners" 7 distributed uniformly around the circumference In the example shown here, the radius of curvature r1 is set at 7.5 mm The radius of the diametrically opposite section 8 is set at 27.472 mm, resulting in a circumference with a diameter of 36 mm and an inscribed circle with a diameter of 33.944 mm The two radii r1 and R2 have the same center point, which is 10.5 mm from the shaft center 10 The number of "corners" 7 in this particularly preferred embodiment is five with an even divisor of 360. Thus, the angle in the circumferential direction on the shaft between two adjacent "corners" is 72 °, an amount without a decimal point Produce particularly well and accurately with a conventional numerically controlled machine tool. In the figure 7 is the schematic diagram of a shaft-hub connection is shown, which is comparable to the shaft-hub connection in Figure 6. Again, there are five "corners" 7 which, in the example shown here, have a radius of curvature r1 of 7 mm These rounded corners pass over circular arcs 8 having a radius R2 of 26.44 mm The resulting shaft thus has a minimum diameter of 32 mm and a maximum diameter of 34 mm However, in the example shown here, a single section 1 1 with a different radius R3 of 50 mm is used in the example shown here, with a combination of this corresponding shaft with a hub , which works exclusively with sections 8, which have a radius R2 of 26.44 mm, results in the region of section 1 1 an axially extending channel section 12, which can be used, for example, for the passage of hydraulic or lubricating oil Section 1 1 while the portion of the wave profile is not parallel to the corresponding portion of the hub profile, w ie in the other embodiments described herein. Of course, it is also possible, instead of the radius R3 of a section 8, to select the radius r1 of a "corner" 7 such that the channel 12 forms in the region of this "corner" 7 of a shaft and the corresponding "corner" of a hub.
In der Figur 8 ist eine Nabe mit neun „Ecken" 7 dargestellt. Diese sind mit einem Winkel von jeweils 40° zwischen ihnen gleichmäßig um die Nabe verteilt. Die Nabe hat einen Nenndurchmesser von 36 mm und die neun „Ecken" 7 sind mit einem Radius r1 von 7,5 mm abgerundet. Die Abschnitte 8 zwischen zwei benachbarten Ecken 7 weisen einen Radius R2 von 28, 18 mm auf. Auch in diesem Beispiel haben die Radien r1 der „Ecken" 7 mit dem Radius R2 eines jeweils diametral gegenüberliegenden Abschnittes 8, der zwischen zwei „Ecken" 7 liegt, den gleichen Mittelpunkt. In der hier dargestellten Aus- führungsform einer Nabe mit neun „Ecken" hat diese somit einen effektiven Durchmesser von 35,68 mm. Bei den obigen Ausführungsformen sind sowohl die Wellen in ihrem polygonalen Abschnitt als auch die passgenauen in ihrer Innenkontur ebenfalls polygonalen Nabenabschnitte geschliffen.A hub is shown in Figure 8 with nine "corners" 7. These are evenly distributed around the hub at an angle of 40 ° between them The hub has a nominal diameter of 36 mm and the nine "corners" 7 are one Radius r1 of 7.5 mm rounded. The sections 8 between two adjacent corners 7 have a radius R2 of 28, 18 mm. Also in this example, the radii r1 of the "corners" 7 with the radius R2 of a respective diametrically opposite section 8, which lies between two "corners" 7, the same center. In the embodiment of a hub with nine "corners" shown here, this therefore has an effective diameter of 35.68 mm. In the above embodiments, both the waves in their polygonal section and the precisely fitting in their inner contour also ground polygonal hub portions.
Über die genannte polygonale Form ist es möglich, von den Wellen 2About the said polygonal shape, it is possible from the waves 2
Drehmomente auf die verschiebbaren Naben zu übertragen oder aber anders herum.To transmit torques to the slidable hubs or vice versa.
Bei den Ausführungsformen, bei denen die Radien r1 und R2 jeweils den gleichen Mittelpunkt haben, erhält man mit den Wellen- und Nabenprofilen leicht nachmessbare Formen: Legt man die Welle z. B. in einen Messschieber zwischen zwei parallele Flächen, so ist deren Abstand zueinander immer gleich, unabhängig von der Winkelposition der Welle zwischen den Flächen. Gleiches gilt für das Nabenprofil, das über zwei Taster z. B. eines Innenmikrometers ermittelt wird, indem diese auf einen Maximalwert ihres Abstandes eingestellt werden. Dies wird als „Gleichdick" bezeichnet.In the embodiments in which the radii r1 and R2 each have the same center, you get with the shaft and hub profiles easily nachmessbare forms: If you put the shaft z. B. in a caliper between two parallel surfaces, so their distance from each other is always the same, regardless of the angular position of the shaft between the surfaces. The same applies to the hub profile, the two buttons z. B. an internal micrometer is determined by these are set to a maximum value of their distance. This is called "equal thickness".
Fertigungstechnisch ist es möglich, die oben beschriebenen Polygone in einem Außenschleifvorgang auf die Wellen aufzubringen. Wie erwähnt ist es dabei wesentlich, dass die Radien der „Ecken" tangential in die radial ausgestalteten Abschnitte zwischen zwei „Ecken" übergehen. Durch den tangentialen Übergang wird insgesamt an den Wellen ein Außenkonturverlauf erreicht, der keine konkaven, sondern lediglich konvexe Abschnitte aufweist. Hierdurch wird die gewünschte gute Herstellbarkeit und Messbarkeit gewährleistet.Manufacturing technology, it is possible to apply the polygons described above in a Außenschleifvorgang on the waves. As mentioned, it is essential that the radii of the "corners" pass tangentially into the radially configured sections between two "corners". Due to the tangential transition, an outer contour profile is achieved overall on the shafts, which does not have any concave but only convex sections. This ensures the desired good manufacturability and measurability.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Anzahl der „Ecken" nicht nur ungerade und > 5. Sie ist bei besonders bevorzugten Ausführungsformen auch ein Teiler von 360. Damit ist der Winkel an der Welle zwischen zwei benachbarten „Ecken" ein gerader Betrag. Bei fünf „Ecken" beispielsweise 72°, bei neun „Ecken" 40° usw.In particularly preferred embodiments, the number of "vertices" is not only odd and> 5. In particularly preferred embodiments it is also a divisor of 360. Thus, the angle on the wave between two adjacent "corners" is an even amount. For example, with five "corners" 72 °, with nine "corners" 40 ° etc.
Es ist aber auch möglich, eine Anzahl von „Ecken" zu wählen, die als Quotient mit 360° einen Wert ergibt, der von der für die Herstellung der Wellen-Naben- Verbindung vorgesehenen numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, die in der Verarbeitungsgenauigkeit durch von ihr darstellbare Nachkommastellen bestimmt wird, mit ihren Nachkommastellen noch exakt dargestellt werden kann.But it is also possible to choose a number of "corners", which gives a quotient of 360 ° a value that provided by the intended for the production of the shaft-hub connection numerically controlled machine tool is determined in the processing accuracy by representable by her decimal places can still be accurately represented with their decimal places.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass insbesondere bei polygonalen Wellen-Naben-Verbindungen, die eine „Ecken"-Anzahl von ≥ 4 hat, insbesondere ≥ 5, die Welle und die Nabe auch unter Last gegeneinander verschiebbar sind und dabei gleichzeitig zwischen Welle und Nabe ein ausreichend dichter Sitz vorhanden ist, mit dem bei Bedarf eine hydraulische Abdichtung zu erreichen ist. A significant advantage of the invention is that, in particular in polygonal shaft-hub connections, which has a "corner" number of ≥ 4, in particular ≥ 5, the shaft and the hub are mutually displaceable even under load and at the same time between shaft and hub a sufficiently tight seat is present, with the hydraulic sealing is achieved if necessary.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
1. Wellen-Naben-Verbindung mit einem Polygonprofil mit abgerundeten Ecken, dadurch gekennzeichnet, dass es Ecken (7) aufweist, die mit einem kleinen Radius (M) abgerundet sind und mit grossen Radien (R2, R3) verbunden sind, wobei benachbarte Radien (M , R2; M , R3) tangential ineinander übergehen. Shaft hub connection with a polygonal profile with rounded corners, characterized in that it has corners (7) which are rounded with a small radius (M) and with large radii (R2, R3) are connected, wherein adjacent radii (M, R2, M, R3) merge tangentially.
2. Wellen-Naben-Verbindung gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ecken (7) >= 2 ist, insbesondere >= 5. 2. shaft-hub connection according to claim 1, characterized in that the number of corners (7)> = 2, in particular> = 5.
3. Wellen-Naben-Verbindung gemäss einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ungeraden Anzahl von Ecken (7) die Radien (M , R2) von sich diametral gegenüberliegenden Ecken (7) und Abschnitten (8) zwischen zwei Ecken (7) den gleichen Mittelpunkt haben. 3. shaft-hub connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that at an odd number of corners (7) the radii (M, R2) of diametrically opposite corners (7) and sections (8) between two Corners (7) have the same center.
4. Wellen-Naben-Verbindung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mit Nachkommastellen vorgegebene Genauigkeit einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine sie eine Anzahl von Ecken (7) aufweist, so dass der Quotient aus Anzahl der Ecken (7) und 360[deg.] mit den Nachkommastellen der Bearbeitungsmaschine exakt darstellbar ist. 4. shaft-hub connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that at a given with decimal places accuracy of a numerically controlled machine tool, it has a number of corners (7), so that the quotient of number of corners (7) and 360 ° with the decimal places of the processing machine can be exactly represented.
5. Wellen-Naben-Verbindung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ecken (7) ein Teiler von 360 ist. 5. shaft-hub connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that the number of corners (7) is a divisor of 360.
6. Wellen-Naben-Verbindung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile der Welle und der Nabe parallel zueinander sind. 6. shaft-hub connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that the profiles of the shaft and the hub are parallel to each other.
7. Wellen-Naben-Verbindung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenund Nabenprofile wenigstens bei einer Ecke (7) oder in einem Abschnitt (8) nicht parallel zu einer korrespondierenden Ecke oder einem korrespondierenden Abschnitt verlaufen. Shaft-hub connection according to one or more of the preceding claims, characterized in that shaft and hub profiles at least at one corner (7) or in a section (8) are not parallel to a corresponding corner or a corresponding portion.
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