WO2004097237A1 - Welle - nabe - verbindung - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a permanent shaft - hub connection, in particular for gear wheels on a gear shaft, each gear wheel being fastened on the shaft by means of a shrink fit, according to the preamble of patent claim 1.
  • Torque-transmitting shafts with gear wheels arranged on them are widely used in gear construction. There are a variety of options for fastening the gearwheels on the shaft. The types of this connection are divided into elementary shaft-hub connections and combined shaft-hub connections.
  • the form-fit elementary shaft-hub connections include the spline connection, the serration connection, the involute profile connection, the polygonal connection, the feather key connection and the pin connection.
  • the force-fit elementary shaft - hub connections include the press and shrink connection, the wedge connection, the clamping ring connection, the clamping disc connection and the star disc connection.
  • the integral elementary connections include the welded connection, the soldered connection and the adhesive connection.
  • the combined shaft - hub connections include a non-integral composite shaft - hub - Connections the press - knurled connection and the press point connection.
  • the non-material-integral shaft-hub connections include the press-adhesive connection, the press-press-solder connection and the press-weld connection.
  • soldered-welded connection is one of the integral cohesive shaft-hub connections.
  • a connection of a gearwheel with a rotating shaft for torque transmission by means of a shrink fit without an additional form-fitting component, be it a feather key, driving teeth or a pin (also called shrink fit) is used not only in gearboxes for motor vehicles, but in general in a variety of machines.
  • DE-A-198 50 383 describes a hydrodynamic retarder, which is arranged downstream of a transmission in a motor vehicle and which has a rotor arranged in a retarder housing, and a stator arranged in the retarder housing, which is arranged over a
  • Locking device is supported on the housing.
  • a measuring device for the retarder braking torque is provided on the housing, which is acted upon by the locking device, the measuring device being connected to a control device.
  • the measuring device on the retarder housing can be designed as a reaction cam that device directly applied or a stator projection in the housing, which is attached by means of a shrink fit.
  • DE-A-101 34 245 describes a transmission with an internal power distribution, which consists of a large gear wheel connected to an input shaft or to an output shaft, which is surrounded by a large number of pinions, the pinions of which mesh with it and that can be used both as a transmission and a reduction gear.
  • a shrink disk is provided to transmit the torques of the rotor shaft in a hollow gear shaft.
  • the gearbox is particularly suitable for driving generators through the rotors of wind turbines.
  • the object of the present invention is to create a permanent shaft-hub connection, in particular for the gearwheels on a transmission shaft, with which the torque transmission capability is considerably increased.
  • the invention therefore provides that gearwheels arranged directly next to one another on the shaft are designed such that they partially overlap and that the overlapping adjacent regions of the gearwheels are also connected to one another via a shrink fit.
  • the overlapping regions of the toothed wheels arranged next to one another are advantageously designed in a step-like manner.
  • the torque transmission capacity of the gears connected to one another by means of the shrink fit can be increased considerably, since the additional shrink fit connection between the gears leads to a radial reinforcement of the hub of one of the gears and thus reduces their expansion.
  • Another advantage of the configuration according to the invention is that the bending stiffness of the shaft is increased overall.
  • a gearwheel 2 On the shaft 1 of a gearbox, which is particularly but not exclusively a gearbox for a motor vehicle, a gearwheel 2 is arranged by means of a shrink fit 3, that is, firmly connected to it.
  • a second gear 4 which in the selected example is designed as a double gear, is arranged directly next to the gear 2 and is also fixedly connected to the shaft 1 via a shrink fit 5.
  • the gearwheels 2 and 4 are now designed in such a way that overlapping regions arise which are also connected to one another by means of a shrink fit 6. As can be seen from the figure, the overlapping regions are advantageously stepped.
  • the torque transmission capacity of the two gear wheels 2 and 4 can be significantly increased; the additionally provided shrink fit 6 firstly strengthens the hub of the gear 2 in the radial direction and thereby prevents or reduces its widening, as a result of which a portion of the shrink fit 3 is strengthened.
  • the two gears are coupled via the shrink fit 6, which contributes to increasing the torque transmission capacity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine dauerhafte Welle - Nabe - Verbindung insbesondere für Zahnräder auf einer Getriebewelle (1), wobei jedes Zahnrad auf der Welle mittels eines Schrumpfsitzes (3, 5) befestigt ist. Unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Zahnräder (2, 4) sind derart ausgestaltet, dass die sich teilweise überlagern, wobei die aneinandergrenzenden Bereiche der Zahnräder (2, 4) ebenfalls über einen Schrumpfsitz (6) miteinander verbunden sind.

Description

Welle - Nabe - Verbindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dauerhafte Welle - Nabe - Verbindung, insbesondere für Zahnräder auf einer Getriebewelle, wobei jedes Zahnrad auf der Welle mittels eines Schrumpfsitzes befestigt ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Drehmomentübertragende Wellen mit darauf angeordneten Zahnrädern sind im Getriebebau weit verbreitet. Zur Befestigung der Zahnräder auf der Welle gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dabei werden die Arten dieser Verbindung in elementare Welle - Nabe - Verbindungen und in kombinierte Welle - Nabe - Verbindungen unterteilt.
Zu den formschlüssigen elementaren Welle - Naben - Verbindungen gehören die Keilwellenverbindung, die Kerbzahnverbindung, die Evolventenprofilverbindung, die Poly- gonprofilverbindung, die Passfederverbindung und die Stiftverbindung .
Zu den kraftschlüssigen elementaren Welle - Nabe - Verbindungen gehören die Press- und Schrumpfverbindung, die Keilverbindung, die Spannringverbindung, die Spannscheibenverbindung und die Sternscheibenverbindung.
Zu den Stoffschlüssigen elementaren Verbindungen gehören die Schweißverbindung, die Lötverbindung und die Klebverbindung .
Zu den kombinierten Welle - Nabe - Verbindungen gehören als nichtstoffschlüssige kombinierte Welle - Nabe - Verbindungen die Press - Rändel - Verbindung und die PresspunktschlussVerbindung .
Zu den nichtStoffschlüssigen - Stoffschlüssigen kombi- nierten Welle - Nabe - Verbindungen gehören die Press - Kleb - Verbindung, die Press - Presslöt - Verbindung und die Press - Schweiß - Verbindung.
Schließlich gehört noch die Löt - Schweißverbindung zu den stoffschlüssigen kombinierten Welle - Nabe - Verbindungen.
All diesen bekannten Verbindungsarten ist gemeinsam, dass sie noch mit dem Nachteil behaftet sind, dass sie Be- wegungen des Zahnrades auf der Welle nicht vollständig verhindern können. Trotz optimierter Auslegungen treten zum Beispiel bei Lastspitzen sogenannte Mikro anderungen auf. Insbesondere bei Getrieben, bei denen exakte Zuordnungen der Verzahnungen verschiedener Zahnräder zueinander eine entscheidende Rolle spielen, müssen derartige Mikrowanderungen der Zahnräder auf der Welle unbedingt vermieden werden. Dies gilt insbesondere für Getriebe mit Lastverteilung auf zwei oder mehr Vorgelegewellen, da hierbei für die gesamte Lebensdauer des Getriebes eine absolute Stellungsge- nauigkeit unabdingbare Voraussetzung ist.
Die bei derartigen Getrieben herkömmliche Technik des Verschweißens der Zahnräder mit der Welle führt zwar zu einer relativ guten Stoffschlüssigen Verbindung, ist jedoch noch mit dem Nachteil einer nicht unerheblichen Toleranz verbunden, die zu einem gewissen Stellungsfehler führt, auf grund eines thermischen Verzuges, der durch den Schweißvorgang bedingt ist. Die erwähnte Passfederverbindung führt zu einem größeren Stellungsfehler sowie zu einer Schwächung des aus Welle und Zahnrad bestehenden Bauteils.
Um den Nachteile des Mikrowanderns zu vermeiden, wurde bereits in der DE - A - 196 20 330 vorgeschlagen, das Zahnrad mit der Welle mittels eines Schrumpfsitzes zu verbinden und zusätzlich durch eine formschlüssige Verbindung zur Vermeidung von Bewegungen zu halten. Die formschlüssige Verbindung kann dabei eine Stiftverbindung sein, wobei der Stift entweder teilweise in die Welle eingreift oder diese vollständig durchsetzt.
Eine Verbindung eines Zahnrades mit einer sich drehenden Welle zur Drehmomentübertragung mittels eines Schrumpf- sitzes ohne zusätzliches formschlüssiges Bauteil, sei es eine Passfeder, eine Mitnahmeverzahnung oder eine Verstif- tung ( auch Schrumpfpressverband genannt ) wird nicht nur in Getrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt, sondern ganz allgemein in einer Vielzahl von Maschinen.
So beschreibt zum Beispiel die DE - A - 198 50 383 einen hydrodynamischen Retarder, der einem Getriebe in einem Kraftfahrzeug nachgeordnet ist und der einen in einem Re- tardergehäuse angeordneten Rotor aufweist sowie einen im Retardergehäuse angeordneten Stator, der sich über eine
Feststelleinrichtung auf dem Gehäuse abstützt. Am Gehäuse ist eine Messeinrichtung für das Retarderbremsmoment vorgesehen, die von der Feststelleinrichtung beaufschlagt wird, wobei die Messeinrichtung mit einer Steuereinrichtung ver- bunden ist.
Die Messeinrichtung am Retardergehäuse kann hierbei als Reaktionsnocken ausgeführt sein, der die Messeinrich- tung direkt beaufschlagt oder aber ein Statorvorsprung im Gehäuse, der mittels eines Schrumpfsitzes befestigt ist.
Schließlich beschreibt die DE - A - 101 34 245 ein Ge- triebe mit einer inneren Leistungsaufteilung, das aus einem mit einer Eingangswelle bzw. mit einer Ausgangswelle verbundenen Großzahnrad besteht, welches von einer Vielzahl von Ritzeln umgeben ist, deren Zahnritzel mit ihm kämmen und das sowohl als Übersetzungs- wie auch als Unterset- zungsgetriebe verwendet werden kann. Zur Übertragung der Drehmomente der Rotorwelle in einer Getriebehohlwelle ist eine SchrumpfScheibe vorgesehen. Das Getriebe eignet sich insbesondere zum Antrieb von Generatoren durch die Rotoren von Windkraftanlagen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine dauerhafte Welle - Nabe - Verbindung insbesondere für die Zahnräder auf einer Getriebewelle zu schaffen, mit der die Drehmomentübertragungsfähigkeit erheblich gesteigert wird.
Ausgehend von einer Welle - Nabe - Verbindung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand des Patentan- Spruchs 2.
Die Erfindung sieht also vor, dass unmittelbar nebeneinander angeordnete Zahnräder auf der Welle derart ausgestaltet sind, dass sie sich teilweise überlagern und dass die sich überlagernden angrenzenden Bereiche der Zahnräder ebenfalls über einen Schrumpfsitz miteinander verbunden sind. In vorteilhafter Weise sind die sich überlagernden Bereiche der nebeneinander angeordneten Zähnräder stufenförmig ausgebildet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Drehmomentübertragungsfähigkeit der mittels des Schrumpfsitzes miteinander verbundenen Zahnräder erheblich gesteigert werden, da die zusätzliche Schrumpfsitzverbindung zwischen den Zahnrädern zu einer radialen Verstärkung der Nabe eines der Zahnräder führt und damit deren Aufweitung reduziert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass die Biegesteifigkeit der Wel- le insgesamt erhöht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei- spiel schematisch dargestellt ist.
Getriebe mit ihren Zahnrädern und Wellen sind dem Fachmann gut bekannt, sodass in der einzigen Figur nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile dargestellt und mit Bezugszeichen versehen sind.
Auf der Welle 1 eines Getriebes, das insbesondere aber nicht ausschließlich ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug ist, ist ein Zahnrad 2 mittels eines Schrumpfsitzes 3 angeordnet, d.h., fest mit ihr verbunden. Ein zweites Zahn- rad 4, das im gewählten Beispiel als Doppelzahnrad ausgeführt ist, ist unmittelbar neben dem Zahnrad 2 angeordnet und ebenfalls über einen Schrumpfsitz 5 fest mit der Welle 1 verbunden. Die Zahnräder 2 und 4 sind nun derart ausgestaltet, dass sich überlagernde Bereiche entstehen, die ebenfalls mittels eines Schrumpfsitzes 6 miteinander verbunden sind. Wie aus der Figur ersichtlich, sind in vorteilhafter Weise die sich überlagernden Bereiche stufenförmig ausgebildet.
Mit dieser Erhöhung bzw. Vergrößerung der Schrumpf- sitzfläche kann die Drehmomentübertragungsfähigkeit der beiden Zahnräder 2 und 4 deutlich gesteigert werden; der zusätzlich vorgesehene Schrumpfsitz 6 verstärkt zum einen die Nabe des Zahnrades 2 in Radialrichtung und verhindert bzw. verringert dadurch deren Aufweitung, wodurch ein Teilbereich des Schrumpfsitzes 3 gestärkt wird.
Außerdem wird eine Koppelung der beiden Zahnräder über den Schrumpfsitz 6 bewirkt, was zur Erhöhung der Drehmomentübertragungsfähigkeit beiträgt .
Ein weiterer sehr positiver Effekt ist die Erhöhung der Biegesteifigkeit der gesamten Welle.
Es sei betont, dass dieses Konstruktionsprinzip auf die verschiedensten Schrumpfsitzausführungen anwendbar ist, wie zum Beispiel auf den Schrumpf lebesitz .
Bezugszeichen
1 Welle
2 Zahnrad
3 Schrumpfsitz
4 Zahnrad
5 Schrumpfsitz
6 Schrumpfsitz

Claims

P a t e n t a n s p r u c h e
1. Dauerhafte Welle - Nabe - Verbindung, insbesondere für Zahnräder auf einer Getriebewelle, wobei jedes Zahnrad
(2,4) auf der Welle (1) mittels eines Schrumpfsitzes (3,5) befestigt ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass unmittelbar nebeneinander angeordnete Zahnräder sich teilweise überlagern und dass die sich überlagernden anei- nandergrenzenden Bereiche der Zahnräder (2,4) ebenfalls mittels eines Schrumpfsitzes (6) miteinander verbunden sind.
2. Dauerhafte Welle - Nabe - Verbindung nach An- spruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die sich überlagernden aneinandergrenzenden Bereiche der beiden Zahnräder stufenförmig ausgebildet sind.
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