EP4792035A1 - Passfeder zur herstellung einer drehfesten verbindung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Passfeder (10) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen (2, 3). Die Passfeder (10) weist eine Längserstreckungsrichtung (L), einen ersten Eingriffsabschnitt (11) zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil (2) und einen zweiten Eingriffsabschnitt (12) zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil (3) auf. Der erste Eingriffsabschnitt (1 1 ) weist eine ebene Kontaktfläche (13.1; 13.2) zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil (2) und der zweite Eingriffsabschnitt (12) eine gekrümmte Kontaktfläche (14) zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil (3) auf. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung (1 ) zur Drehmomentübertragung mit zwei Ringbauteilen (2, 3) und solch einer Passfeder (10).

Description

Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anordnung zur Drehmomentübertragung mit zwei Ringbauteilen und solch einer Passfeder.

Stand der Technik

Windkraftanlagen umfassen einen Rotor, der im Allgemeinen über eine Getriebeanordnung mit einem Generator mechanisch wirkverbunden ist. In der Getriebeanordnung sind verschiedene konzentrisch zueinander angeordnete Ringbauteile vorgesehen, die mittels einer Passfeder zur Drehmomentübertragung drehfest miteinander verbunden sind. Aufgrund der hohen in Windkraftanlagen auftretenden Belastungen, kommt es bei herkömmlichen Passfedern häufig zu inakzeptabel hohen Belastungen in den Ringbauteilen oder der Passfeder. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demnach, eine Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen bereitzustellen, welche die Belastungsprofile in den Ringbauteilen und der Passfeder optimiert.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst durch die in Anspruch 1 beanspruchte Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen. Bei den Ringbauteilen kann es sich um Bauteile handeln, die ganzheitlich eine ringförmige Gestalt aufweisen. Die Ringbauteile können konzentrisch zueinander angeordnet sein. Beispielsweise ist das erste Ringbauteil radial innerhalb des zweiten Ringbauteils vorgesehen. Die Ringbauteile können ausgelegt sein, um in einer Windkraftanlage, beispielsweise einer Getriebeanordnung einer Windkraftanlage, eingesetzt zu werden. Die Getriebeanordnung kann in einem Drehmomentübertragungspfad zwischen einem Rotor und einem Generator der Windkraftanlage vorgesehen sein kann. Die Ringbauteile können jeweils einen Durchmesser von mehreren Metern aufweisen. Bei einem der Ringbauteile kann es sich um einen Lagerring eines Lagers der Getriebeanordnung der Windkraftanlage handeln. Bei dem Lager kann es sich beispielsweise um ein Pendelrollenlager handeln. Bei dem zweiten Ringbauteil kann es sich um eine Hohlwelle handeln, die als Flansch ausgebildet sein kann. Die beiden Ringbauteile und die Passfeder können gemeinsam eine Anordnung zur Drehmomentübertragung ausbilden. Die Anordnung kann eine Umfangsrichtung aufweisen, die sich in Richtung des Umfangs der Ringbauteile erstrecken kann. Ferner kann die Anordnung eine Radialrichtung aufweisen, die sich in Radialrichtung der Ringbauteile erstrecken kann. Darüber hinaus kann die Anordnung eine Axialrichtung aufweisen, die sich in Axialrichtung der Ringbauteile erstrecken kann. Die Passfeder kann ganzheitlich eine im Wesentlichen längliche Form aufweisen, bei welcher eine Erstreckungsrichtung, nämlich die Haupterstreckungsrichtung, größer als die Ausdehnung der Passfeder in die zu der Haupterstreckungsrichtung senkrecht angeordneten Raumrichtungen ist.

Die Passfeder der vorliegenden Erfindung weist eine Längserstreckungsrichtung auf. Wird die Passfeder bestimmungsgemäß zum Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen den Ringbauteilen montiert, kann die Längserstreckungsrichtung der Passfeder parallel zur Radialrichtung angeordnet sein oder zumindest eine Komponente aufweisen, die parallel zur oben beschriebenen Radialrichtung angeordnet ist. Bei der Längserstreckungsrichtung der Passfeder kann es sich um deren Haupterstreckungsrichtung handeln. Darüber hinaus weist die Passfeder einen ersten Eingriffsabschnitt zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil und einen in der Längserstreckungsrichtung dahinter angeordneten zweiten Eingriffsabschnitt zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil auf. Die Eingriffsabschnitte der Passfeder und die Ringbauteile können so aufeinander abgestimmt sein, dass die Passfeder über ihre jeweiligen Eingriffsabschnitte mit den Ringbauteilen über eine Spiel- oder eine Presspassung verbunden werden kann. Dabei kann die Passfeder einstückig aus einem einzigen Material, beispielsweise einem ferritischem oder anderem Material, ausgebildet sein, wobei ein erster Bereich der Passfeder den ersten Eingriffsabschnitt und ein weiterer Bereich der Passfeder den zweiten Eingriffsabschnitt ausbilden kann. In einer alternativen Ausführungsform ist die Passfeder aus mehreren Komponenten ausgebildet, die verschiedene Materialien aufweisen können. Die mehreren Komponenten können fest miteinander verbunden sein, beispielsweise stoffschlüssig, formschlüssig und/oder reibschlüssig. Die Passfeder kann zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit wärme- und/oder oberflächenbehandelt, beispielsweise nitriert, werden.

Der erste Eingriffsabschnitt der Passfeder weist eine ebene Kontaktfläche zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil auf. In einer Ausführungsform weist der erste Eingriffsabschnitt zwei parallel zueinander angeordnete ebene Kontaktflächen auf, die beispielsweise jeweils eine rechteckige Form aufweisen können. Der zweite Eingriffsabschnitt weist hingegen eine gekrümmte Kontaktfläche zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil auf. Die ebene Kontaktfläche und die gekrümmte Kontaktfläche des ersten und zweiten Eingriffsabschnitts können dabei derart ausgebildet sein, dass der zweite Eingriffsabschnitt eine Rotation der Passfeder relativ zum zweiten Ringbauteil um eine sich in Richtung der Längserstreckungsrichtung der Passfeder erstreckende Rotationsachse ermöglicht. Der erste Eingriffsabschnitt mit der ebenen Kontaktfläche kann solch eine Rotation der Passfeder relativ zum ersten Ringbauteil hingegen unterbinden. Hierdurch kann die Passfeder derart ausgebildet werden, dass diese sich unter Last selbst ausrichtet. So werden eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Ringbauteil ermöglicht und lokale elastische und plastische Verformungen verringert. Im Ergebnis kann so eine Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen bereitgestellt werden, die zu einem verbesserten Belastungsprofil in der Passfeder und den Ringbauteilen unter Last führt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Eingriffsabschnitt zum Ausbilden von zwei parallelen und ebenen Kontaktflächen quaderförmig ausgebildet. Der quaderförmige Eingriffsabschnitt kann neben den zwei parallelen, ebenen Kontaktflächen, welche Seitenflächen des Quaders ausbilden können, weitere parallele und ebene Grund- und Deckflächen aufweisen. Stirnflächen des Quaders, die neben den ebenen Kontaktflächen ebenfalls zwischen den Grund- und Deckflächen angeordnet sein können, können hingegen abgerundet ausgebildet sein. Demnach kann der erste Eingriffsabschnitt eine ganzheitlich rundstirnige, quaderförmige Gestalt aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform weist der erste Eingriffsabschnitt lediglich eine einzige ebene Kontaktfläche auf, während alle weiteren Kontaktflächen des ersten Eingriffsabschnitts gekrümmt ausgebildet sein können. Der zweite Eingriffsabschnitt kann zum Ausbilden von der gekrümmten Kontaktfläche hingegen zylinderförmig ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Mantelfläche des zylinderförmigen Abschnitts die gekrümmte Kontaktfläche ausbilden. Der zylinderförmige Abschnitt kann neben der Mantelfläche ebenfalls eine Grund- und eine Deckfläche aufweisen, wobei die Deckfläche des zylinderförmigen Abschnitts mit der Grundfläche des quaderförmigen Abschnitts zusammenfallen kann. Ist die Passfeder bestimmungsgemäß zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen den zwei Ringbauteilen montiert, können die beiden parallelen und ebenen Kontaktflächen des ersten Eingriffsabschnitts parallel zur oben beschriebenen Axialrichtung der Ringbauteile angeordnet sein. Durch diese Ausgestaltung kann eine Passfeder mit selbstausrichtender Ausgestaltung auf besonders einfache Art und Weise bereitgestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Eingriffsabschnitt eine Gesamtkontaktfläche zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil auf, welche kleiner als die Gesamtkontaktfläche des zweiten Eingriffsabschnitts zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil ist. Bei der Gesamtkontaktfläche kann es sich um die Fläche des ersten beziehungsweise zweiten Eingriffsabschnitts handeln, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb mit dem ersten beziehungsweise zweiten Ringbauteil zur Übertragung von Kräften in Kontakt steht. Beispielsweise kann es sich um die gesamte Oberfläche des ersten beziehungsweise zweiten Eingriffsabschnitts handeln. Ebenso kann es sich um die vollständige oder teilweise Umfangsfläche des ersten beziehungsweise zweiten Ringabschnitts handeln, während die Grund- und Deckflächen des jeweiligen Abschnitts nicht zur Gesamtkontaktfläche beitragen. Dadurch, dass die Gesamtkontaktfläche des ersten Eingriffsabschnitts kleiner als die Gesamtkontaktfläche des zweiten Eingriffsabschnitts ausgebildet ist, wird die durch die Passfeder auf die Ringbauteile im bestimmungsgemäßen Betrieb aufgeprägte Kraft beim zweiten Eingriffsabschnitt auf eine größere Fläche als beim ersten Eingriffsabschnitt verteilt. Im Ergebnis führt dies zu geringeren Spannungen in dem zweiten Ringbauteil, als dies im ersten Ringbauteil der Fall ist. Durch eine derart ausgebildete Passfeder kann ein optimiertes Belastungsprofil in den Ringbauteilen insbesondere dann bereitgestellt werden, wenn das erste Ringbauteil robuster als das zweite Ringbauteil ausgebildet ist, beispielsweise eine höhere Streckgrenze aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Eingriffsabschnitt eine Entlastungsrille zur Anpassung der Steifigkeit der Passfeder auf. Die Entlastungsrille kann in Umfangsrichtung der Passfeder, beispielsweise in Umfangsrichtung des zylinderförmigen Abschnitts der Passfeder, über einen Teil oder den gesamten Umfang der Passfeder verlaufen. Die Entlastungsrille kann einen eckigen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen, und alternativ oder zusätzlich einen runden, beispielsweise einen halbkreisrunden, Querschnitt aufweisen. Die Entlastungsrille kann auch eine Kombination derartiger Querschnittsformen aufweisen. Die Passfeder kann eine, zwei, drei oder mehrere Entlastungsrillen aufweisen, die neben dem zweiten Eingriffsabschnitt auch teilweise in dem ersten Eingriffsabschnitt angeordnet sein können. Durch das Vorsehen der Entlastungsrille kann die lokale Steifigkeit der Passfeder beeinträchtigt werden, wodurch die unter Last in den Ringbauteilen und der Passfeder auftretenden Belastungen optimiert, beispielsweise insgesamt verringert und alternativ oder zusätzlich homogenisiert, werden können.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Passfeder in einem Übergangsbereich von dem ersten in den zweiten Eingriffsabschnitt eine Hinterschneidung auf. Beispielsweise ist die Hinterschneidung in dem Übergangsbereich von der ebenen Kontaktfläche des ersten Eingriffsabschnitts auf die gekrümmte Kontaktfläche des zylinderförmigen Eingriffsabschnitts ausgebildet. Der Übergang von dem ersten Eingriffsabschnitt zur Hinterschneidung und von der Hinterschneidung zum zweiten Eingriffsabschnitt kann dabei kontinuierlich, beispielsweise stetig differenzierbar, ausgebildet sein. Durch das Vorsehen der Hinterschneidung und des kontinuierlichen, beispielsweise abgerundeten, Übergangs von dem ersten zu dem zweiten Eingriffsabschnitt kann die Spannungsverteilung in dem Übergangsbereich, beispielsweise von der ebenen Kontaktfläche in die gekrümmte Kontaktfläche, verbessert, beispielsweise insgesamt verringert oder homogenisiert, werden. Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Eingriffsabschnitt eine in Längserstreckungsrichtung verlaufende Wölbung auf. Die Wölbung kann in Längserstreckungsrichtung der Passfeder in dem zweiten Eingriffsabschnitt von dem Ende aus, welches dem ersten Eingriffsabschnitt zugewandten ist, zunächst zunehmen, bevor sie anschließend in Richtung des gegenüberliegenden Endes wieder abnimmt. Die Wölbung kann symmetrisch ausgebildet sein, so dass sie ihr Maximum in etwa mittig in Längserstreckungsrichtung in dem zweiten Eingriffsabschnitt aufweist. Die Wölbung kann im Querschnitt ein im Wesentlichen parabelförmiges oder sinusförmiges Profil ausbilden. Die Wölbung kann sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des zweiten Eingriffsabschnitts und alternativ oder zusätzlich lediglich über einen Abschnitt des Umfangs des zweiten Eingriffsabschnitts erstrecken. Die Wölbung kann dem zweiten Eingriffsabschnitt, beispielsweise der gekrümmten Kontaktfläche, eine in Längserstreckungsrichtung verlaufende Bauchigkeit verleihen. Durch das Vorsehen der Wölbung kann die Belastungsverteilung in der Passfeder und in einem Loch des zweiten Ringbauteils, in dem der zweite Eingriffsabschnitt der Passfeder aufgenommen ist, optimiert, beispielsweise insgesamt verringert und alternativ oder zusätzlich homogenisiert, werden. Die Wölbung kann in einer Ausführungsform zur Kostenreduzierung auch entfallen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die ebene Kontaktfläche des ersten Eingriffsabschnitts eine Wölbung aufweisen. Die Wölbung kann quer zur Längserstreckungsrichtung der Passfeder verlaufen. Ist die Passfeder bestimmungsgemäß montiert, kann die Wölbung beispielsweise parallel zur Axialrichtung der Ringbauteile verlaufen. Die Wölbung kann symmetrisch ausgebildet sein und von einem Ende der ebenen Kontaktfläche beginnend zunächst ansteigen, bevor sie anschließend zum anderen Ende der Kontaktfläche wieder abfällt. Die maximale Wölbung kann etwa in der Mitte der Kontaktfläche ausgebildet sein. Im Querschnitt kann die Wölbung ein parabelförmiges oder alternativ sinusförmiges Profil aufweisen. Die Wölbung kann der ebenen Kontaktfläche eine quer zur Längserstreckungsrichtung verlaufende Bauchigkeit verleihen. Weist der erste Eingriffsabschnitt die oben beschriebenen zwei parallel zueinander angeordneten und ebenen Kontaktflächen auf, so kann jede der Kontaktflächen solch eine Wölbung aufweisen. Durch das Vorsehen der Wölbung an der ebenen Kontaktfläche kann die Spannungsverteilung in der Passfeder und in einer Nut des ersten Ringbauteils, in dem der erste Eingriffsabschnitt der Passfeder aufgenommen ist, verbessert, beispielsweise insgesamt verringert und alternativ oder zusätzlich homogenisiert, werden. Die Wölbung kann in einer Ausführungsform zur Kostenreduzierung auch entfallen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung zur Drehmomentübertragung mit zwei Ringbauteilen und einer Passfeder gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Der erste Eingriffsabschnitt der Passfeder kann mit dem ersten Ringbauteil und der zweite Eingriffsabschnitt der Passfeder mit dem zweiten Ringbauteil zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den Ringbauteilen eingreifen. Das erste Ringbauteil kann eine rechteckige Nut zur Aufnahme des ersten Eingriffsabschnitts und das zweite Ringbauteil ein kreisförmiges Loch zur Aufnahme des zweiten Eingriffsabschnitts aufweisen. Das erste Ringbauteil kann dabei eine höhere Festigkeit als das zweite Ringbauteil aufweisen. Hinsichtlich der Ausgestaltungen und Vorteile der einzelnen Komponenten und Bauteile sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Passfeder zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen verwiesen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Drehmomentübertragung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt schematisch eine Passfeder der Anordnung zur Drehmomentübertragung aus Figur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figuren 3A und 3B zeigen schematisch die Verbindung zwischen den Ringbauteilen und der Passfeder in der Anordnung aus Figur 1 .

Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch die Ringbauteile und die Passfeder der Anordnung aus Figur 1 .

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Figur 1 zeigt eine Anordnung 1 zur Drehmomentübertragung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Anordnung 1 handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform um eine Anordnung 1 zur Drehmomentübertragung für eine Windkraftturbine. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnung 1 in einer Getriebeanordnung vorgesehen, die in einem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Rotor und dem Generator der Windkraftturbine angeordnet ist. Die Anordnung 1 ist zur Drehmomentübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Ringbauteil 2, 3 ausgebildet. Die Anordnung 1 weist ein Lager 4 auf, das in der vorliegenden Ausführungsform als Pendelrollenlager ausgebildet ist. Das Pendelrollenlager 4 umfasst einen Innenring 5 und einen Außenring 2, die konzentrisch zueinander angeordnet und über Rollen 6 relativ drehbar zueinander gelagert sind. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Pendelrollenlager 4 zwei Rollenreihen zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 2 auf. Die einzelnen Rollen 6 sind in Umfangsrichtung U der Anordnung 1 zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 2 hintereinander angeordnet. Die Rollenreihen sind wiederum in Axialrichtung A der Anordnung 1 hintereinander angeordnet. In Radialrichtung R der Anordnung 1 ist der Innenring 5 vor den Rollen 6 vorgesehen, welche wiederum radial innerhalb des Außenrings 2 angeordnet sind.

Der Außenring 2 des Lagers 4 bildet in der vorliegenden Ausführungsform das erste Ringbauteil 2 aus. Der Außenring 2 wird dabei durch drei Komponenten ausgebildet, die in Axialrichtung A hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Mittig ist eine erste ringförmige Komponente 2.1 vorgesehen, welche einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist. In Axialrichtung A ist jeweils vor und hinter der Komponente 2.1 eine weitere Komponente 2.2 beziehungsweise 2.3 angeordnet, bei der sich jeweils der Durchmesser in Axialrichtung A von dem an die mittige Komponente 2.1 angrenzenden Ende zum abgewandten Ende linear verringert. Hierdurch wird durch jede der Komponenten 2.2 und 2.3 des Außenrings 2 eine schräge Auflagefläche für jeweils eine Rollenreihe des Lagers 4 ausgebildet. Die beiden schrägen Auflageflächen des Außenrings 2 sind dabei einander zugewandt. Neben den schrägen Auflageflächen des Außenrings 2 werden die Rollen 6 der Rollenreihen durch entsprechend ausgebildete Auflageflächen an dem Innenring 5 des Lagers 4 gelagert. Darüber hinaus umfasst die Anordnung 1 ein zweites Ringbauteil 3, welches vorliegend als Hohlwelle in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Rotor und dem Generator der Windkraftturbine vorgesehen ist. Das zweite Ringbauteil 3 ist vorliegend als Zwischenflansch zur Befestigung einer weiteren Komponente der oben beschriebenen Getriebeanordnung ausgebildet. Das erste und das zweite Ringbauteil 2, 3 weisen in der vorliegenden Ausführungsform dabei unterschiedliche Festigkeiten auf. So ist das erste Ringbauteil in der vorliegenden Ausführungsform, also der Außenring 2 des Lagers 4, aus einem robusten Material, vorliegend Lagerstahl, ausgebildet. Das zweite Ringbauteil 3 ist vorliegend hingegen aus einem mechanisch schwächeren Material mit einer geringeren Streckgrenze als jener des ersten Ringbauteils 2 ausgebildet. Bei dem zweiten Ringbauteil 3 handelt es sich vorliegend um ein Gussteil, das aus Gusseisen ausgebildet ist. Vorliegend weist das erste Ringbauteil 2 eine Streckgrenze auf, die beispielsweise zwei-, drei-, vier- oder fünfmal höher als jene des zweiten Ringbauteils 3 ist.

Darüber hinaus umfasst die Anordnung 1 mehrere Passfedern 10 zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem ersten Ringbauteil 2, also dem Außenring 2 des Lagers 4, und dem dazu radial außerhalb angeordneten zweiten Ringbauteil 3. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Anordnung 1 zwei Passfedern 10, wobei eine erste Passfeder 10 zwischen der Komponente 2.2 des Außenrings 2 und der Hohlwelle 3 und eine zweite Passfeder 10 zwischen der Komponente 2.3 des Außenrings 2 und der Hohlwelle 3 vorgesehen ist. Die Anordnung 1 umfasst im Rahmen dieser Ausführungsform lediglich diese beiden und keine weiteren Passfedern 10 zwischen den Ringbauteilen 2 und 3. Die Passfedern 10 sind identisch zueinander ausgebildet und können an einer beliebigen Umfangsposition der Anordnung 1 angeordnet sein. Die Ausgestaltung der Passfedern 10 wird im Folgenden beschrieben.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist die Passfeder 10 eine Längserstreckungsrichtung L, einen ersten Eingriffsabschnitt 11 sowie einen zweiten Eingriffsabschnitt 12 auf. Die Längserstreckungsrichtung L stellt die Haupterstreckungsrichtung der Passfeder 10 dar. Der erste Eingriffsabschnitt 11 ist ausgebildet, um mit dem ersten Ringbauteil 2, vorliegend also dem Außenring 2 des Lagers 4, einzugreifen. Der zweite Eingriffsabschnitt 12 ist ausgebildet, um mit dem zweiten Ringbauteil 3, vorliegend also dem Flansch 3, einzugreifen. Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist der erste Eingriffsabschnitt 1 1 in der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist zwei parallel zueinander angeordnete ebene Kontaktflächen 13.1 und 13.2 zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil 2 auf. Die gegenüberliegenden Stirnseiten 13.3 und 13.4 des ersten Eingriffsabschnitts 11 sind dabei bogenförmig ausgebildet. Demnach hat der erste Eingriffsabschnitt 11 insgesamt eine rundstirnige, quaderförmige Gestalt. In Längserstreckungsrichtung L der Passfeder 10 ist hinter dem ersten Eingriffsabschnitt 11 der zweite Eingriffsabschnitt 12 vorgesehen, der in der vorliegenden Ausführungsform eine insgesamt zylinderförmige Gestalt und eine gekrümmte Kontaktfläche 14 zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil 3 aufweist. Genauer gesagt weist der zylinderförmige Eingriffsabschnitt 12 einen kreisrunden Querschnitt auf und bildet als Kontaktfläche eine gekrümmte Mantelfläche 14 zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil 3 aus. Der zweite Eingriffsabschnitt 12 weist dabei eine Ausdehnung in Längserstreckungsrichtung L auf, die mehr als zweimal, dreimal, viermal oder fünfmal so groß wie die Ausdehnung des ersten Eingriffsabschnitts 11 in Längserstreckungsrichtung L ist.

Die Passfeder 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform einstückig aus einem einzigen Material ausgebildet. Hierfür wird ein zylinderförmiger Rundstab als Ausgangskomponente herangezogen, welcher auf die Passfederlänge, also die Summe der Ausdehnungen in Längserstreckungsrichtung L von dem ersten und zweiten Eingriffsabschnitt 1 1 , 12 gekürzt wird. Beispielsweise weist der Rundstab bereits einen Durchmesser auf, welcher dem Soll-Durchmesser des zylinderförmigen Eingriffsabschnitts 12 entspricht. Anschließend wird das Bauteil fräsbearbeitet, um die zwei parallelen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 in der zylinderförmigen Ausgangskomponente einzufräsen und den ersten Eingriffsabschnitt 11 auszubilden. Daraufhin können weitere Optimierungen in der Geometrie der Passfeder 10 eingebracht werden, die im Folgenden unter Bezugnahme auf Figuren 2 und 4 beschrieben werden.

Wie in Figur 3A zu sehen, weist das zweite Ringbauteil 3 kreisförmige Löcher 7 zur

Aufnahme der zweiten Eingriffsabschnitte 12 der Passfedern 10 auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Löcher 7 dabei jeweils derart ausgebildet, dass der gesamte zweite Eingriffsabschnitt 12 der jeweiligen Passfeder 10 aufgenommen ist, der erste Eingriffsabschnitt 11 der Passfeder 10 jedoch jeweils aus dem kreisförmigen Loch 7 hervorsteht. In dem ersten Ringbauteil 2, genauer gesagt den Komponenten 2.2 und 2.3 des Außenrings 2 des Lagers 4, ist jeweils eine rechteckige Nut 8 zur Aufnahme des ersten Eingriffsabschnitts 1 1 der jeweiligen Passfeder 10 ausgebildet. Die Nuten 8 verlaufen dabei jeweils in Axialrichtung A und damit senkrecht zur Radialrichtung R und zur Umfangsrichtung U der Anordnung 1 . Die parallelen und ebenen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 des ersten Eingriffsabschnitts 11 greifen jeweils mit den parallelen Seitenflächen der jeweiligen Nut 8 ein. Die Nuten 8 sind dabei derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen 13.1 und 13.2 sowie die Stirnflächen 13.3 und 13.4 und damit der gesamte erste Eingriffsabschnitt 11 vollständig in der jeweiligen Nut 8 aufgenommen ist. Die kreisförmigen Löcher 7 des zweiten Ringbauteils 3, die rechteckigen Nuten 8 des ersten Ringbauteils 2 und die Passfeder 10 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die Längserstreckungsrichtung L der Passfeder 10 im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Passfeder 10 parallel zur Radialrichtung R der Anordnung 1 ausgerichtet ist. Ferner sind die Bauteile derart aufeinander abgestimmt, dass die Passfedern 10 mit dem ersten Ringbauteil 2 und dem zweiten Ringbauteil 3 jeweils mittels einer Spiel- oder Presspassung verbunden ist.

Figur 4 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht durch die Anordnung 1 , in welcher das erste und zweite Ringbauteil 2, 3 sowie eine Passfeder 10 zu sehen sind. Ferner sind in Figur 4 der erste Eingriffsabschnitt 11 der Passfeder, der in der rechteckigen Nut 8 des ersten Ringbauteils 2 angeordnet ist, sowie der zweite Eingriffsabschnitt 12 zu sehen, welcher in dem kreisförmigen Loch 7 des zweiten Ringbauteils 3 angeordnet ist. Neben den bereits beschriebenen Ausgestaltungen weist die Passfeder 10 in der vorliegenden Ausführungsform die im Folgenden offenbarten Modifikationen zur Festigkeitsoptimierung auf. In dem Übergangsbereich von dem ersten Eingriffsabschnitt 11 zu dem zweiten Eingriffsabschnitt 12, genauer gesagt an dem Übergang von den parallelen, ebenen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 auf die zylindrische Mantelfläche 14, ist jeweils eine Hinterschneidung 15.1 und 15.2 ausgebildet. Die Hinterschneidungen 15.1 und 15.2 weisen dabei jeweils eine abgerundete Gestalt auf, um einen kontinuierlichen, vorliegend stetig differenzierbaren, Übergang von dem ersten Eingriffsabschnitt 11 mit den ebenen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 auf den zweiten Eingriffsabschnitt 12 mit der zylindrischen Mantelfläche 14 auszubilden. Darüber hinaus weist der zweite Eingriffsabschnitt 12, vorliegend etwa auf der Hälfte seiner Erstreckung in Längserstreckungsrichtung L, eine Entlastungsrille 16 auf, die in dieser Ausführungsform einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Entlastungsrille 16 ist in der vorliegenden Ausführungsform um laufend ausgebildet und erstreckt sich demnach in Umfangsrichtung entlang der gesamten Mantelfläche 14 der Passfeder 10. Durch die Entlastungsrille 16 wird die lokale Steifigkeit der Passfeder 10 angepasst und dadurch die Belastung in der Passfeder 10 unter Last optimiert.

Ferner weist der zweite Eingriffsabschnitt 12 in der vorliegenden Ausführungsform eine in den Figuren nicht gezeigte Wölbung auf, die in Längserstreckungsrichtung L der Passfeder 10 ausgebildet ist. Die Wölbung ist dabei derart ausgebildet, dass sie sich über den gesamten Umfang 14 des zweiten Eingriffsabschnitts 12 erstreckt. Sie ist in Längserstreckungsrichtung L symmetrisch in Bezug auf den zweiten Eingriffsabschnitt

12 ausgebildet und weist demnach ihr Maximum in etwa auf der Mitte zwischen dem Beginn und dem Ende des zweiten Eingriffsabschnitts 12 in Längserstreckungsrichtung L auf. So wird der Mantelfläche 14 des zylinderförmigen Eingriffsabschnitts 12 in Längserstreckungsrichtung L eine Bauchigkeit verliehen. Ferner weisen auch die parallelen und ebenen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 des ersten Eingriffsabschnitts 11 eine Wölbung auf, die sich quer zur Längserstreckungsrichtung L, im montierten Zustand der Passfedern 10 in Axialrichtung A der Anordnung 1 , erstreckt. Damit weisen die ebenen und parallelen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 des ersten Eingriffsabschnitts

13 ebenfalls jeweils eine Bauchigkeit auf, die in Richtung der Nuten 8 des ersten Ringbauteils 2 verläuft. Auch diese Wölbung ist symmetrisch ausgebildet und weist ihr Maximum damit in Axialrichtung A etwa mittig zwischen dem Beginn und dem Ende der jeweiligen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 auf. Durch die Wölbungen und die damit einhergehende Bauchigkeit der ebenen Kontaktflächen 13.1 und 13.2 sowie der gekrümmten Kontaktfläche 14 kann die Spannungsverteilung in der Passfeder 10 sowie den kreisförmigen Löchern 7 und den rechteckigen Nuten 8 optimiert werden.

Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die Ringbauteile 2, 3 sowie die Passfeder 10 dabei ferner derart ausgebildet, dass die Gesamtkontaktfläche des ersten Eingriffsabschnitts 11 mit dem ersten Ringbauteil 2, vorliegend die Summe der Kontaktflächen 13.1 und 13.2, kleiner als die Gesamtkontaktfläche, vorliegend die Mantelfläche 14, des zweiten Eingriffsabschnitts 12 mit dem zweiten Ringbauteil 3 ist. Aufgrund der größeren Gesamtkontaktfläche des zweiten Eingriffsabschnitts 12 mit dem zweiten Ringbauteil 3 werden durch die Passfeder 10 in das zweite Ringbauteil 3 deutlich geringere Spannungen eingeleitet, als dies bei dem ersten Ringbauteil 2 der Fall ist. Dies führt zu dem Vorteil, dass die Passfeder 10 zu geringeren Belastungen in dem zweiten Ringbauteil 3 als in dem ersten Ringbauteil 2 führt. Da das zweite Ringbauteil 3, wie oben beschrieben, eine geringere Streckgrenze als das erste Ringbauteil 2 aufweist, kann so eine Anordnung 1 zur Drehmomentübertragung mit einem für die jeweiligen Komponenten optimierten Belastungsprofil bereitgestellt werden.

Bezuqszeichen

1 Anordnung zur Drehmomentübertragung

2 erstes Ringbauteil, Außenring

2.1 , 2.2, 2.3 Komponenten erstes Ringbauteil

3 zweites Ringbauteil

4 Lager

5 Innenring

6 Rollen

7 kreisförmiges Loch

8 rechteckige Nut

10 Passfeder

1 1 erster Eingriffsabschnitt

12 zweiter Eingriffsabschnitt

13.1 , 13.2 ebene Kontaktfläche

13.3, 13.4 runde Stirnfläche

14 zylindrische Mantelfläche

15.1 , 15.2 Hinterschneidung

16 Entlastungsrille

L Längserstreckungsrichtung

A Axialrichtung

R Radialrichtung

U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche

1 . Passfeder (10) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen zwei Ringbauteilen (2, 3), wobei die Passfeder (10) eine Längserstreckungsrichtung (L), einen ersten Eingriffsabschnitt (11 ) zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil (2) und einen in der Längserstreckungsrichtung (L) dahinter angeordneten zweiten Eingriffsabschnitt (12) zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil (3) aufweist, wobei der erste Eingriffsabschnitt (11) eine ebene Kontaktfläche (13.1 ; 13.2) zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil (2) und der zweite Eingriffsabschnitt (12) eine gekrümmte Kontaktfläche (14) zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil (3) aufweist.

2. Passfeder (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingriffsabschnitt (11 ) zum Ausbilden von zwei parallelen und ebenen Kontaktflächen (13.1 , 13.2) quaderförmig und der zweite Eingriffsabschnitt (12) zum Ausbilden von der gekrümmten Kontaktfläche (14) zylinderförmig ausgebildet ist.

3. Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingriffsabschnitt (11 ) eine Gesamtkontaktfläche zum Eingreifen mit dem ersten Ringbauteil (2) aufweist, welche kleiner als die Gesamtkontaktfläche des zweiten Eingriffsabschnitts (12) zum Eingreifen mit dem zweiten Ringbauteil (3) ist.

4. Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingriffsabschnitt (12) eine Entlastungsrille (16) zur Anpassung der Steifigkeit der Passfeder (10) aufweist.

5. Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passfeder (10) in einem Übergangsbereich von dem ersten Eingriffsabschnitt (11) zu dem zweiten Eingriffsabschnitt (12) eine Hinterschneidung (15.1 ; 15.2) aufweist.

6. Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingriffsabschnitt (12) eine in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufende Wölbung aufweist, die der gekrümmten Kontaktfläche (14) eine in Längserstreckungsrichtung (L) verlaufende Bauchigkeit verleiht.

7. Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Kontaktfläche (13.1 ; 13.2) des ersten Eingriffsabschnitts (11 ) eine quer zur Längserstreckungsrichtung (L) verlaufende Wölbung aufweist, die der ebenen Kontaktfläche (13.1 ; 13.2) eine quer zur Längserstreckungsrichtung (L) verlaufende Bauchigkeit verleiht.

8. Anordnung (1 ) zur Drehmomentübertragung mit zwei Ringbauteilen (2, 3) und einer Passfeder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Eingriffsabschnitt (11 ) der Passfeder (10) mit dem ersten Ringbauteil (2) und der zweite Eingriffsabschnitt (12) der Passfeder (10) mit dem zweiten Ringbauteil (3) zur Übertragung eines Drehmoment zwischen den Ringbauteilen (2, 3) eingreift.

9. Anordnung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ringbauteil (2) eine rechteckige Nut (8) zur Aufnahme des ersten Eingriffsabschnitts (11 ) und das zweite Ringbauteil (3) ein kreisförmiges Loch (7) zur Aufnahme des zweiten Eingriffsabschnitts (12) aufweist.

10. Anordnung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ringbauteil (2) eine höhere Festigkeit als das zweite Ringbauteil (3) aufweist.