WO1996035885A1 - Wellen-befestigung - Google Patents

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WO1996035885A1
WO1996035885A1 PCT/DE1996/000440 DE9600440W WO9635885A1 WO 1996035885 A1 WO1996035885 A1 WO 1996035885A1 DE 9600440 W DE9600440 W DE 9600440W WO 9635885 A1 WO9635885 A1 WO 9635885A1
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Thomas Bayer
Werner Hofman
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Alpha Getriebebau Gmbh
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    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
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    • Y10T403/7026—Longitudinally splined or fluted rod
    • Y10T403/7035—Specific angle or shape of rib, key, groove, or shoulder

Definitions

  • the invention relates to a shaft fastening according to the preamble of claim 1.
  • the shaft fastening it can also be a shaft fastening.
  • the toothed area B of the shaft is tion of a receiving part in addition to the area A. This takes place in that the shaft in the toothed area B bears cen ⁇ trially with a precise fit in the bore area C 'and is guided until the shaft area B is completely cut into the associated bore area B 1 . With the decreasing guide length of the shaft area B within the bore area C ', the shaft area C intervenes with increasing length as a precisely fitting centering.
  • the shaft area B is first centered in the bore area C '. Centering of the shaft area A begins only after the cutting process has been inserted into the bore area B '. The centering of the shaft area C begins only after the beginning of the cutting of the shaft area B into the bore area B 1 .
  • the condition for this version is:
  • the invention deals with the problem of having the same diameter of the shaft regions B and C with a shaft region D. to be able to carry out a toothing predetermined with respect to the top and bottom circle as large as possible.
  • the desire for the design of areas B and C with the largest possible diameter arises from being able to achieve the highest possible strength in this area, in particular torsional strength.
  • area B of the shaft is designed with knurling for cutting this area into the recess of a connecting part, which is limited in scope only to the areas that lie between the tooth gaps originating from area D.
  • the strength of the connection does not suffer because the diameter of the area ches C can be chosen so large that the remaining material for receiving the knurling is of sufficient size.
  • the axial length of the non-knurled area C is expediently greater than 10 percent of the common diameter of the areas B and C. It is even more favorable if this area measures more than 20 percent of the aforementioned diameter.
  • FIG. 1 shows the view of a pinion with two shaft regions which are different in diameter and used for fastening
  • FIG. 2 shows a section through the bore of a receiving part for receiving the pinion shaft according to FIG. 1,
  • 3 shows a section through a pinion shaft partially inserted into the bore of a receiving part
  • 4 shows a section through a pinion shaft fully inserted into the bore of a receiving part
  • 5 is a view of the pinion with a view of area A.
  • the illustrated shaft or shaft fastening deals with the special case of a centrically precisely fitting pinion shaft fastening in the manufacture of a backlash-free planetary gear.
  • a pinion 1 is provided with a shaft 2. With the shaft 2, the pinion 1 is inserted into the bore 3 of a receiving part 4 with a precise fit.
  • the shaft is divided lengthwise into three sections, from its free end into a first fitting area A, a subsequent toothed area B and a fitting area C directly adjoining the pinion 1.
  • the teeth of the area B is a knurl.
  • the bore of the receiving part is divided into the areas A ', B', C 1 , which functionally correspond to the shaft areas A, B, C, the diameters of which increase as seen in alphabetical order of these areas.
  • the area of the pinion 1 with which it meshes in rotating counter gears is designated by D.
  • the cutting takes place of Wellen ⁇ area B in the corresponding bore region B 1 at the same time, ge before the start of cutting input, shaft centering in the regions A and B.
  • the loading area B of the shaft serves only as an additional centering to the centering area A at the beginning of the cutting process.
  • the shaft area accesses A as an additional centering area C a.
  • the shaft area B lying outside the bore area B 1 in the bore area C ' is also centered.
  • 5 shows the extent to which the tooth gaps protrude from the root region of the toothing of the pinion 1 in the region D into the shaft regions C and B at a radial depth.
  • the teeth of the teeth in area D are denoted by 5, while the knurled teeth in area B are identified by reference number 6.
  • the wave area C merges over small radii into the teeth 5 of the teeth of the area D of the pinion 1.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei einer Wellen-Befestigung, bei der die Welle (2) über einen an dieser vorgesehenen über einen Teilbereich ihrer Länge gezahnten, insbesondere gerändelten, Bereich (B) formschlüssig in eine Bohrung (3) eines Aufnahmeteiles (4) mit hoher Zentriergenauigkeit über zwei getrennte Zentrierabschnitte (A, C) eingepreßt ist, soll die Festigkeit der Verbindung erhöht werden, wenn außerhalb eines in eine Befestigungsbohrung einzuführenden Schaftes der Welle ein gezahnter Bereich (D) vorgesehen ist. Dieser gezahnte Bereich kann insbesondere ein Ritzel (1) sein, das über einen angeformten Schaft (2) mit einem Rändelungsbereich (B) in eine Aufnahmebohrung (3) zur Befestigung formschlüssig eingepreßt wird. Zu diesem Zweck können die Zahnlücken des Ritzelbereiches (D) in dem angrenzenden Schaftbereich (C) mit ihren Fußzonen auslaufen, wodurch der Schaftdurchmesser mit Bezug auf den Ritzeldurchmesser größer ausgelegt werden kann als bei fehlendem Auslauf der Zahnlückenfußzonen in den angrenzenden Schaftbereich (C).

Description

Wellen-Befestigung
Die Erfindung betrifft eine Wellen-Befestigung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Anstelle der Wellen-Be¬ festigung kann es sich auch um eine Schaft-Befestigung han¬ deln.
Eine solche Wellen-Befestigung ist in der deutschen Pa¬ tentanmeldung P 4345099.7 beschrieben. Diese Befestigungsart ermöglicht eine zentrische Aufnahme der zu befestigenden Welle, insbesondere eines Ritzelschaftes, innerhalb eines Aufnahmeteiles mit sehr hoher Genauigkeit. Die hohe Zen¬ triergenauigkeit wird dadurch erreicht, daß die Welle beim Einschneiden des gezahnten Wellenbereiches B in einen ent¬ sprechenden Bohrungsabschnitt B' eines Aufnahmeteiles gleichzeitig vor und hinter diesem Abschnitt zentrisch in der Bohrung geführt wird. Zu diesem Zweck sind die Bohrung des Aufnahmeteiles und der Befestigungsbereich der Welle in jeweils drei Abschnitte A' , B', C' bzw. A, B, C aufgeteilt. Dabei müssen die drei Bereiche der Bohrung jeweils unter-' schiedliche in Fügerichtung abnehmende Durchmesser aufwei¬ sen. Bei der Welle müssen lediglich die Bereiche B und C ei¬ nerseits und A andererseits voneinander unterschiedliche Durchmesser besitzen.
Der gezahnte Bereich B der Welle wird beim Fügen in die Boh- rung eines Aufnahmeteiles zusätzlich zu dem Bereich A heran¬ gezogen. Dies geschieht dadurch, daß die Welle in dem ge¬ zahnten Bereich B über ihre Kopfkreisabschnitt solange zen¬ trisch paßgenau in dem Bohrungsbereich C' anliegt und ge¬ führt wird, bis der Wellenbereich B vollständig in den zu¬ gehörigen Bohrungsbereich B1 eingeschnitten ist. Mit beim Fügen abnehmender Führungslänge des Wellenbereiches B inner¬ halb des Bohrungsbereiches C' greift mit zunehmender Länge der Wellenbereich C als paßgenaue Zentrierung ein.
Bei der Befestigung einer gattungsgemäßen Welle mit durch¬ messergleichen Wellenbereichen B und C sind folgende zwei Fügevarianten möglich.
a) Der Wellenbereich B zentriert als erstes in dem Bohrungs¬ bereich C' . Eine Zentrierung des Wellenbereiches A beginnt erst nach einem Einsetzen des Schneidvorgangs in den Boh¬ rungsbereich B' . Die Zentrierung des Wellenbereiches C setzt erst nach Beginn des Einschneidens des Wellenbereiches B in den Bohrungsbereich B1 ein. Die Bedingung für diese Ausfüh¬ rung lautet:
A kleiner als B' .
b) Das Einschneiden des Wellenbereiches B erfolgt bei gleichzeitiger Zentrierung der Wellenbereiche B und/oder C einerseits und A andererseits. Dies setzt voraus, daß
A größer als B' .
Bei einer gattungsgemäßen Wellen-Befestigung beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, einen gleichen Durchmes¬ ser der Wellenbereiche B und C bei einem Wellenbereich D mit einer bezüglich des Kopf- und Fußkreises vorgegebenen Ver¬ zahnung möglichst groß ausführen zu können. Der Wunsch nach Auslegung der Bereiche B und C mit einem möglichst großen Durchmesser ergibt sich daraus, in diesem Bereich eine mög¬ lichst hohe Festigkeit und zwar insbesondere Torsionsfestig- keit realisieren zu können.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausgestaltung der Wel¬ lenbereiche B und C nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patenanspruchs 1.
Diese Lösung beruht auf dem Gedanken, daß die Zahnlücken der Verzahnung aus dem Bereich D in die Wellenbereiche B und C hineinlaufen dürfen. Bei der eingangs erwähnten Ausführung einer gattungsgemäßen Wellen-Befestigung nach der älteren Patentanmeldung war ein gleicher Durchmesser der Bereiche B und C stets so ausgelegt, daß dieser kleiner als der Fuß- kreisradius der Verzahnung des Bereiches D war. Der Grund hierfür war, daß ein Eingreifen der Zahnlücken des Bereiches D in die Wellenbereiche B und C als unbedingt zu vermeiden angesehen wurde.
Hier das Gegenteil herausgefunden zu haben, ist der Kern der vorliegenden Erfindung. Ausgehend von dieser Grunderkenntnis ist der Bereich B der Welle mit einer Rändelung zum Ein¬ schneiden dieses Bereiches in die Ausnehmung eines Anschluß- teiles ausgelegt, die sich umfangsmäßig ausschließlich auf die Bereiche beschränkt, die zwischen den aus dem Bereich D stammenden Zahnlücken liegen. Dies bedeutet, daß die betref¬ fenden Zahnlückenbereiche in dem Abschnitt B zur Rändelver¬ bindung innerhalb der Aufnahmebohrung des anzuschließenden Teiles keinen Beitrag leisten. Die Festigkeit der Verbindung leidet jedoch hierdurch nicht, da der Durchmesser des Berei- ches C so groß gewählt werden kann, daß das verbleibende Ma¬ terial zur Aufnahme der Rändelung von ausreichender Größe ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es sogar möglich, den durch eine Rändelung belegten Materialbereich trotz der Zahnlücken größer auszulegen als bei einem unterhalb des Fu-ßkreisdurchmessers des verzahnten Bereiches D liegenden Durchmessers .
Zwischen den angrenzenden Bereichen C und D ist bei der er¬ findungsgemäßen Ausführung kein Freistich erforderlich. Der Bereich C geht vielmehr über einen Radius in die Flanken der Verzahnung des Bereiches D über.
Die axiale Länge des ungerändelten Bereiches C ist zweckmä¬ ßigerweise größer als 10 Prozent des gemeinsamen Durchmes¬ sers der Bereiche B und C. Noch günstiger ist es, wenn die¬ ser Bereich mehr als 20 Prozent des vorgenannten Durchmes¬ sers mißt.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 die Ansicht eines Ritzels mit zwei durchmesser¬ mäßig vunterschiedlichen zur Befestigung dienen¬ den Schaftbereichen,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Bohrung eines Aufnahme- teils zur Aufnahme des Ritzelschaftes nach Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen teilweise in die Bohrung eines Aufnahmeteiles eingeführten Ritzelschaft, Fig. 4 einen Schnitt durch einen in die Bohrung eines Aufnahmeteiles vollständig eingefügten Ritzel¬ schaft,
Fig. 5 eine Ansicht auf das Ritzel mit Blick auf den Bereich A.
Bei der dargestellten Wellen- bzw. Schaft-Befestigung geht es um den Spezialfall einer zentrisch paßgenauen Ritzel¬ schaft-Befestigung bei der Herstellung eines spielfreien Planetengetriebes . Hierfür ist jeweils ein Ritzel 1 mit ei¬ nem Schaft 2 versehen. Mit dem Schaft 2 ist das Ritzel 1 paßgenau in die Bohrung 3 eines Aufnahmeteiles 4 einzufügen.
Der Schaft ist der Länge nach in drei Teilbereiche aufge¬ teilt, und zwar von seinem freien Ende aus gesehen in einen ersten Paßbereich A, einen darauf folgenden gezahnten Be¬ reich B sowie einen direkt an das Ritzel 1 anschließenden Paßbereich C. Die Zahnung des Bereiches B ist eine Rände¬ lung.
Die Bohrung des Aufnahmeteiles ist in den Bereichen A' , B', C1 , die funktionsmäßig den Schaftbereichen A, B, C entspre¬ chen, aufgeteilt, wobei deren Durchmesser in alphabetischer Reihenfolge dieser Bereiche gesehen jeweils zunehmen. Der Bereich des Ritzels 1 , mit dem dieses in rotierenden Gegen¬ zahnrädern kämmt, ist mit D bezeichnet.
Beim Einschieben des Schaftes 2 des Ritzels 1 in die Bohrung 3 des Aufnahmeteiles 4 erfolgt das Einschneiden des Wellen¬ bereiches B in den zugehörigen Bohrungsbereich B1 bei gleichzeitiger, bereits vor dem Beginn des Einschneidens ge¬ gebener, Wellenzentrierung in den Bereichen A und B. Der Be- reich B der Welle dient dabei lediglich zu Beginn des Ein- schneidevorganges als zusätzliche Zentrierung zu dem Zen¬ trierbereich A. Sobald der Bereich B über eine gewisse Länge in den Bohrungsbereich B' schneidend eingedrungen ist, greift als zusätzlicher Zentrierbereich zu A der Wellenbe¬ reich C ein. Solange der Bereich C der Welle noch nicht vollständig in den Aufnahmebereich C eingedrungen ist, zen¬ triert auch noch der außerhalb des Bohrungsbereiches B1 in dem Bohrungsbereich C' liegende Wellenbereich B.
Aus Fig. 5 ist erkennbar, in welchem Maße die Zahnlücken aus dem Fußbereich der Verzahnung des Ritzels 1 in dem Bereich D in die Wellenbereiche C und B in radialer Tiefe hineinragen. Die Zähne der Verzahnung in dem Bereich D sind mit 5 be¬ zeichnet während die Rändelverzahnung in dem Bereich B durch das Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist.
Der Wellenbereich C geht über geringe Radien in die Zähne 5 der Verzahnung des Bereiches D des Ritzels 1 über.
Durch die axiale Länge des Wellenbereiches B ist eine hohe Festigkeit der Verbindung zwischen dem Ritzel und dem Auf¬ nahmeteil 4. Dies resultiert zum einen aus einem relativ großen gleichen Durchmesser der Bereiche C und B und zum an¬ deren daraus, daß für die in der Verbindung auftretende Tor¬ sions- und Biegebeanspruchung in dem Übergangsbereich zwi¬ schen dem Rändelbereich B und dem Ritzelbereich D ein rela¬ tiv langer Ausgleichsbereich C vorhanden ist. Dieser Aus- gleichsbereich wirkt in erheblichem Maße festigkeitserhöhend für die Wellen-Befestigung.

Claims

Patentansprüche
1. Befestigung einer Welle in einer Bohrung eines Aufnahmeteiles mit den Merkmalen
a) die Welle besitzt drei axiale Abschnitte A, B + C und D, die in alphabetischer Reihenfolge der sie bezeichnen¬ den Buchstaben aneinandergrenzen und von denen der Abschnitt D den größten und der Abschnitt A den kleinsten Außendurch¬ messer aufweist und bei der die Teilbereiche B und C des Be¬ reiches B + C mit gleichem Außendurchmesser ausgelegt sind, b) bei der Welle sind der Abschnitt D und von dem Abschnitt B + C zumindest der Teilbereich B gezahnt bzw. gerändelt ausgeführt, c) die Bohrung (3) des Aufnahmeteiles (4) ist in drei axial aneinandergrenzende Bereiche A1 , B1 und C' mit gegen¬ einander größer werdenden Durchmessern aufgeteilt, beginnend mit dem Bereich A' mit kleinstem Durchmesser, in den die Welle mit ihrem Bereich A eingeführt wird, d) die buchstabengleiche Bereiche A bzw. Teilbereiche B und C der Welle (Schaft 2) und der Bohrung (3) sind bei in dem Aufnahmeteil (4) befestigter Welle (Schaft 2) einander zugeordnet, e) die Wellenbereiche bzw. Teilbereiche A und C lie¬ gen durchmessermäßig paßgenau in den zugehörigen Bohrungsbe¬ reichen A' und C' an, f) bei in dem Aufnahmeteil (4) befestigter Welle (Schaft 2) ist diese mit ihrem gezahnten bzw. gerändelten Teilbereich B durch den Fügevorgang formschlüssig in den Bohrungsbereich B' eingeschnitten,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h d i e b e i d e n M e r k m a l e:
g) die Zahnlücken der Verzahnung des Bereiches D er¬ strecken sich in ihren Fußzonen durchgehend über die Berei¬ che C und B, h) in dem Bereich B der Welle sind die umfangsmäßig zwischen den aus dem Bereich D bis in den Bereich B verlau¬ fenden Zahnlücken liegenden Bereiche mit einem Verzahnungs¬ bzw. Rändelprofil versehen.
2. Wellenbefestigung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Breite des Wellenabschnittes C zumindestens 10 Pro¬ zent des Durchmessers dieses Bereiches mißt.
3. Wellenbefestigung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Breite des Wellenabschnittes C mindestens 20 Prozent des Durchmessers dieses Wellenbereiches mißt.
4. Wellenbefestigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wellen-Bereich C über einen Radius in die Zähne des
Bereiches D übergeht.
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