WO2019174791A1 - Maschinenkomponente - Google Patents

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WO2019174791A1
WO2019174791A1 PCT/EP2019/050229 EP2019050229W WO2019174791A1 WO 2019174791 A1 WO2019174791 A1 WO 2019174791A1 EP 2019050229 W EP2019050229 W EP 2019050229W WO 2019174791 A1 WO2019174791 A1 WO 2019174791A1
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WO
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teeth
shaft
hub
machine component
tooth
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/050229
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Kohl
Ngoc-Thach Nguyen
Ianislav Krastev
Thanh-Hung Nguyen-Schaefer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Em-Motive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh, Em-Motive Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • F16D1/06—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
    • F16D1/08—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 with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/0852—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 with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • 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
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    • F16D1/0852—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 with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • F16D1/0858—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 with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to the elasticity of the hub (including shrink fits)
    • 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
    • F16D2001/103—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via splined connections

Definitions

  • the present invention relates to a machine component. Under the machine component is understood in particular a combination of shaft and hub. Furthermore, the invention relates to a transmission comprising such a machine component.
  • the machine component provides a safe and reliable shaft-hub connection.
  • Gearboxes are known from the prior art. These serve for
  • plug-in tooth connections are known from the prior art.
  • Such plug-in tooth connections can be, for example, toothed shaft connections or splined shaft connections.
  • Such a game is usually not definable and causes tooth flank damage, noise, bad supporting images of the teeth, punctual
  • the machine component according to the invention allows a backlash of the shaft-hub connection and a good positioning or coaxiality between the shaft and hub. This can increase the efficiency and in particular improve a life expectancy of the machine component. In particular, unwanted noise, bad Supporting the toothing, punctual rotary load transmissions and increases of bearing loads of the bearings of the shaft avoided.
  • the machine component according to the invention comprises a shaft and a hub.
  • the hub may be designed in particular as a gear of a transmission.
  • the shaft has a plurality of, preferably externally toothed, first teeth.
  • the hub has a plurality of, preferably internally toothed, second teeth.
  • the first teeth and the second teeth are engaged with each other, so that shaft and hub rotatably and in particular are connected without play.
  • By the first teeth and the second teeth is thus realized in particular a plug-in tooth connection.
  • the first teeth are for this purpose in particular circumferentially mounted on an outer circumference of the shaft, wherein the second teeth are advantageously also arranged circumferentially on an inner circumference of the hub.
  • the first teeth and the second teeth have straight, flat flank surfaces and / or curved flank surfaces.
  • the flank surfaces of the teeth are to be understood as meaning those surfaces which are brought into contact with each other so that the first teeth and the second teeth engage with one another. It is further provided that at least one rectilinear
  • Flank surface of a first tooth on a curved flank surface of a second tooth or at least one curved flank surface of the first tooth rests against a straight flank surface of a second tooth.
  • a curved flank surface bears tangentially on a rectilinear flank surface.
  • the first teeth and the second teeth are all in line contact. This allows the teeth to be mutually resiliently biased and clamped to the tangent lines. In this way, advantageously with respect to the shaft tangential centering can be achieved. This also makes it possible that torques are transmitted without play and loss. this leads to
  • first teeth have straight flank surfaces and all second teeth have curved flank surfaces.
  • all the first teeth have curved flank surfaces and all second teeth have straight, flat flank surfaces.
  • Those teeth which have curved flank surfaces can be designed in particular as involute gears.
  • the shaft or hub in section which has the teeth with the straight flank surfaces, thus forms part of a splined connection.
  • the shaft or hub with the teeth with curved flank surfaces can advantageously constitute a component of a splined shaft connection.
  • the curved flank surfaces may have any shapes as long as line contact is ensured. Complex geometries as involute flanks are advantageously not necessary, can
  • each tooth has a line contact, since the tooth flanks in contact are each once curved and once formed in a straight line.
  • first teeth and / or the second teeth are formed such that they have insertion phases.
  • the insertion phases are at an axial end region relative to the shaft
  • first teeth and / or the second teeth have interruptions in the axial direction.
  • at least two different groups of first teeth and / or second teeth are formed.
  • the groups of first teeth and / or second teeth are particularly in
  • first teeth and second teeth are reduced. At the interruptions thus the first teeth and / or the second teeth are completely recessed, so that there is no contact between the shaft and the hub here.
  • At least two groups of first teeth and / or at least two groups of second teeth have different radii.
  • the tooth group with a small radius and the group of teeth with a large radius in particular the said interruption is particularly advantageously provided a complete recess.
  • the shaft has a bulge.
  • the bulge extends away from the shaft in a radial direction with respect to the shaft.
  • the bulge is formed to abut against the hub and thus abuts against the hub, especially when the hub is disposed in its target position of the machine component.
  • said bulge is arranged on the hub and bears against the shaft.
  • the radial extension of the bulge radial centering of the hub and shaft is possible. This leads to an optimal attachment or centering of the hub on the shaft, since the shaft-hub connection both in the radial direction and in the axial direction backlash he follows. Thus, a long life of the machine component can be achieved.
  • the bulge is attached to an axial edge region of the connection between the shaft and hub. This makes it possible that at first all the first teeth and second teeth are engageable, wherein the first teeth and the second teeth over the greater part of the intended length are tangentially engageable engageable. Only at one end of a joining process of the shaft and the hub takes place an engagement of the bulges and thus a radial centering. This simplifies that
  • the bulge are arranged on a tooth head, in particular on each tooth tip of the first teeth and / or second teeth.
  • a space-saving design is realized.
  • the first teeth and / or the second teeth are advantageously elastically or finely deformed when they are engaged.
  • said backlash-free connection between shaft and hub is established. Due to the elastic deformation creates an elastic restoring force, which is an exciting
  • the invention also relates to a transmission.
  • the transmission comprises at least one machine component as described above.
  • the hub is in particular a gear of the transmission.
  • the transmission is thus durable.
  • the torques in the transmission at least between shaft and hub,
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a machine component according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a machine component according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic detail view of a portion of the
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a machine component according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic illustration of a portion of a
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional representation of a machine component 1 according to a first embodiment of the invention.
  • Machine component 1 comprises a shaft 2 and a hub 3.
  • the hub 3 may advantageously be designed as a gearwheel 14 of a gearbox 10 (see FIG.
  • a shaft-hub connection is provided. This is as
  • FIG. 1 shows that the shaft 2 has a multiplicity of first teeth 4.
  • the hub 3 has a plurality of second teeth 5.
  • the first teeth 4 and the second teeth 5 are tangentially engaged with each other, whereby a rotationally fixed connection between the shaft 2 and hub 3 is possible.
  • the connection between shaft 2 and hub 3 is free of play. This is ensured by the fact that the first teeth 4 have curved flank surfaces 7.
  • the second teeth 5 have rectilinear flank surfaces 6.
  • a distortion of the first teeth 4 and the second teeth 5 so that a play-free connection between the shaft 2 and hub 3 is made in the circumferential direction. It is thus possible to transmit torque between the hub 3 and the shaft 2 backlash-free and lossless.
  • the shaft 2 and the hub 3 are radially centered.
  • bulges 12 are provided.
  • Arches 12 are advantageously attached to a tooth tip 13 of the first teeth 4 and extend in the radial direction to the outside.
  • the bulges 12 are applied to the hub 3.
  • an elastic deformation of the bulges 12 and / or the hub 3 so that elastic restoring forces are present.
  • These elastic restoring forces lead to a distortion of shaft 2 and hub 3 in the radial direction, so that there is also a centering here.
  • insertion phases 8 are present.
  • the insertion phases 8 are located at an axial end of the first teeth 4 and / or the second teeth 5 and serve to improve the assemblability of the shaft 3 and the hub 2.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the machine component 1.
  • the only difference from the first embodiment is that the first teeth 4, the rectilinear flank surfaces 6 and the second teeth 5 the have curved flank surfaces 7.
  • the same effects as in the first embodiment can be achieved.
  • the bulges 12 can be attached to the tooth head 13.
  • the bulges 12 also outside the teeth, that is, outside of the first teeth 4 or the second teeth 5, attach.
  • FIG. 4 schematically shows a sectional view of a machine component 1 according to a third exemplary embodiment.
  • an interruption 9 of the first teeth 4 is present.
  • the interruption 9 is formed by the fact that the first teeth 4 are completely recessed at the appropriate location. This results in two groups 1 1 of first teeth 4, each group having circumferential first teeth 4 in the circumferential direction. In the axial direction, the two groups 1 1 of the first teeth 4 are separated from each other.
  • the second teeth 5 remain unchanged in this embodiment.
  • interruptions 9 can thus make optimal settings to achieve a desired ratio between load capacity and mounting capability.
  • the assembly force is reduced by larger interruptions 9, while smaller interruptions 9 a load capacity is increased.
  • FIG. 5 finally shows a transmission 10 according to an embodiment of the invention.
  • the transmission 10 comprises a machine component 1, wherein the Machine component 1 as previously described a shaft 2 and a hub 3 includes.
  • the hub 3 is in particular a gear 4.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente (1) umfassend eine Welle (2) und eine Nabe (3), wobei die Welle (2) eine Vielzahl von ersten Zähnen (4) und die Nabe (3) eine Vielzahl von zweiten Zähnen (5) aufweist, wobei die ersten Zähne(4) mit den zweiten Zähnen (5)in Eingriff stehen, sodass die Welle (2) mit der Nabe (3) drehfest verbunden ist, wobei die ersten Zähne (4) und die zweiten Zähne (5) geradlinige Flankenflächen(6) und/oder gekrümmte Flankenflächen (7) aufweisen, und dass zumindest eine geradlinige Flankenfläche (6) eines ersten Zahns (4) an einer gekrümmten Flankenfläche (7) eines zweiten Zahns (5) oder zumindest eine gekrümmte Flankenfläche(7) des ersten Zahns (4) an einer geraden, flachen Flankenfläche(6) eines zweiten Zahns (5) anliegt.

Description

Beschreibung
Titel
Maschinenkomponente
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente. Unter der Maschinenkomponente wird insbesondere eine Kombination aus Welle und Nabe verstanden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Getriebe, umfassend eine derartige Maschinenkomponente. Die Maschinenkomponente stellt eine sichere und zuverlässige Welle-Nabe-Verbindung dar.
Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt. Diese dienen zur
Übertragung von Drehmoment, wofür Zahnräder verwendet werden. Die
Zahnräder müssen zur Drehmomentübertragung über eine Welle-Nabe- Verbindung mit einer Welle gekoppelt werden. Dazu sind aus dem Stand der Technik Steckzahnverbindungen bekannt. Solche Steckzahnverbindungen können beispielsweise Zahnwellenverbindungen oder Keilwellenverbindungen sein. Bei solchen Verbindungen verbleibt stets ein Spiel, weswegen lediglich spielbehaftete Wellen-Naben-Verbindungen realisiert werden können. Ein solches Spiel ist zumeist nicht definierbar und verursacht Zahnflankenschäden, Geräusche, schlechte Tragbilde der Verzahnung, punktuelle
Drehlastübertragungen, Erhöhung der Lagerbelastung der Welle und
insbesondere auch verkürzte Lebensdauererwartungen der Zahnräder und damit auch des Getriebes.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Maschinenkomponente ermöglicht eine Spielfreiheit der Welle-Nabe-Verbindung sowie eine gute Positionierung bzw. Koaxialität zwischen Welle und Nabe. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad erhöhen und insbesondere eine Lebensdauererwartung der Maschinenkomponente verbessern. Es werden insbesondere unerwünschte Geräusche, schlechte Tragbilde der Verzahnung, punktuelle Drehlastübertragungen und Erhöhungen von Lagerbelastungen der Lager der Welle vermieden.
Die erfindungsgemäße Maschinenkomponente umfasst eine Welle und eine Nabe. Die Nabe kann insbesondere als Zahnrad eines Getriebes ausgelegt sein. Die Welle weist eine Vielzahl von, bevorzugt außenverzahnten, ersten Zähnen auf. Die Nabe weist eine Vielzahl von, bevorzugt innenverzahnten, zweiten Zähnen auf. Die ersten Zähne und die zweiten Zähne stehen miteinander in Eingriff, so dass Welle und Nabe drehfest und insbesondere spielfrei verbunden sind. Durch die ersten Zähne und die zweiten Zähne ist somit insbesondere eine Steckzahnverbindung realisiert. Die ersten Zähne sind dazu insbesondere umlaufend auf einem äußeren Umfang der Welle angebracht, wobei die zweiten Zähne vorteilhafterweise ebenfalls umlaufend auf einem inneren Umfang der Nabe angeordnet sind. Durch das drehfeste Verbinden von Welle und Nabe lassen sich somit sicher spielfrei und zuverlässig sowie insbesondere spielfrei Drehmomente übertragen. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die ersten Zähne und die zweiten Zähne geradlinige, flache Flankenflächen und/oder gekrümmte Flankenflächen aufweisen. Unter den Flankenflächen der Zähne sind dabei diejenigen Flächen zu verstehen, die miteinander tangiert in Kontakt zu bringen sind, damit die ersten Zähne und die zweiten Zähne miteinander in Eingriff stehen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest eine geradlinige
Flankenfläche eines ersten Zahns an einer gekrümmten Flankenfläche eines zweiten Zahns oder zumindest eine gekrümmte Flankenfläche des ersten Zahns an einer geraden Flankenfläche eines zweiten Zahns anliegt. Somit ist vorgesehen, dass stets eine gekrümmte Flankenfläche an einer geradlinigen Flankenfläche tangiert anliegt. Dies bedeutet, dass die ersten Zähne und die zweiten Zähne allesamt in einem Linienkontakt stehen. Dies ermöglicht, dass die Zähne gegenseitig federnd spannend und mit den tangierten Linien klammernd angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise eine bezüglich der Welle tangentiale Zentrierung erreichen. Damit ist außerdem ermöglicht, dass Drehmomente spielfrei und verlustfrei übertragen werden. Dies führt
insbesondere dazu, dass die zuvor beschriebenen Vorteile erreicht werden können. Insbesondere ist eine Lebensdauer der Maschinenkomponente und ein Übertragungswirkungsgrad erhöht.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sämtliche erste Zähne gerade Flankenflächen und sämtliche zweiten Zähne gekrümmte Flankenflächen aufweisen. Alternativ weisen sämtliche erste Zähne gekrümmte Flankenflächen und sämtliche zweiten Zähne gerade, flache Flankenflächen auf. Diejenigen Zähne, die gekrümmte Flankenflächen aufweisen, können insbesondere als Evolventen-Verzahnungen ausgebildet sein.
Die Welle oder die Nabe in Schnittdarstellung, die die Zähne mit den geraden Flankenflächen aufweist, stellt somit einen Teil einer Keilwellenverbindung dar. Die Welle oder Nabe mit den Zähnen mit gekrümmten Flankenflächen kann vorteilhafterweise eine Komponente einer Zahnwellenverbindung darstellen. Allerdings können die gekrümmten Flankenflächen beliebige Formen aufweisen, solange ein Linienkontakt sichergestellt ist. Komplexe Geometrien wie bei Evolventen-Flanken sind vorteilhafterweise nicht notwendig, können
insbesondere aber verwendet werden. Durch die Ausbildung derart, dass alle geraden Flankenflächen an entweder der Welle oder der Nabe angeordnet sind und sämtliche gekrümmten Flankenflächen ebenfalls an entweder der Welle oder der Nabe angebracht sind, lassen sich Welle und Nabe einfach und
aufwandsarm fertigen. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass jeder Zahn einen Linienkontakt aufweist, da die in Kontakt stehenden Zahnflanken jeweils einmal gekrümmt und einmal geradlinig ausgebildet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne derart ausgebildet, dass diese Einführphasen aufweisen. Die Einführphasen sind an einem bezüglich der Welle axialen Endbereich
angeordnet. Somit ist insbesondere ein Einstecken der Welle in die Nabe oder ein Aufstecken der Nabe auf die Welle vereinfacht. Insbesondere ist durch die Einführphasen sichergestellt, dass die Zähne miteinander in Eingriff bringbar sind. Somit müssen keine relative Ausrichtung von Welle und Nabe unter der federnden und spannenden Wirkung der ersten Zähne und zweite Zähne erfolgen. Vielmehr können die ersten Zähne und zweiten Zähne optimal relativ zueinander platziert werden, um anschließend durch eine Kraft in Axialrichtung die Welle und die Nabe in eine relative Zielposition zueinander zu bringen.
Dadurch ist die Fertigung der Maschinenkomponente vereinfacht. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne in Axialrichtung Unterbrechungen aufweisen. Somit sind jeweils zumindest zwei unterschiedliche Gruppen erster Zähne und/oder zweiter Zähne gebildet.
Die Gruppen erster Zähne und/oder zweiter Zähne sind insbesondere in
Axialrichtung voneinander getrennt und laufen in Umfangsrichtung um die Welle an der Nabe um. Durch eine derartige Ausbildung lassen sich somit
unterschiedliche Bereiche definieren, an denen Drehmomentübertragungen vorliegen. Es ist dabei insbesondere möglich, dass lediglich die ersten Zähne oder lediglich die zweiten Zähne derartige Unterbrechungen aufweisen, während die jeweils anderen Zähne diese Unterbrechungen nicht aufweisen. Durch die Unterbrechungen ist eine Montagekraft verringert, da der gesamte
Kontaktbereich zwischen ersten Zähnen und zweiten Zähnen verringert ist. An den Unterbrechungen sind somit die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne vollständig ausgespart, so dass hier keinerlei Kontakt zwischen der Welle und der Nabe vorhanden ist.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass zumindest zwei Gruppen erster Zähne und/oder zumindest zwei Gruppen zweiter Zähne unterschiedliche Radien aufweisen. Zwischen der Zahngruppe mit kleinem Radius und der Zahngruppe mit großem Radius ist insbesondere die besagte Unterbrechung besonders vorteilhaft eine vollständige Aussparung vorgesehen. Somit ist eine Montagekraft beim Montieren der Nabe und der Welle, insbesondere auch bei axial großen Abmessungen der Nabe, auf einen kleinstmöglichen Wert optimierbar, wobei gleichzeitig eine gewünschte Drehmomentübertragungsfähigkeit sichergestellt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Welle eine Auswölbung auf. Die Auswölbung erstreckt sich in einer radialen Richtung bezüglich der Welle von der Welle weg. Die Auswölbung ist zum Anliegen an der Nabe ausgebildet und liegt somit an der Nabe an, insbesondere dann, wenn die Nabe in ihrer Zielposition der Maschinenkomponente angeordnet ist. Alternativ ist vorgesehen, dass besagte Auswölbung an der Nabe angeordnet ist und an der Welle anliegt. Durch das radiale Erstrecken der Auswölbung ist eine radiale Zentrierung von Nabe und Welle ermöglicht. Dies führt zu einem optimalen Anbringen bzw. Zentrieren der Nabe auf der Welle, da die Welle-Nabe- Verbindung sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung spielfrei erfolgt. Somit kann eine lange Lebensdauer der Maschinenkomponente erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist die Auswölbung an einem axialen Randbereich der Verbindung zwischen Welle und Nabe angebracht. Dadurch ist ermöglicht, dass zunächst sämtliche erste Zähne und zweite Zähne in Eingriff bringbar sind, wobei die ersten Zähne und die zweiten Zähne über den größten Teil der vorgesehenen Länge relativ zueinander tangiert in Eingriff bringbar sind. Erst an einem Ende eines Fügeprozesses der Welle und der Nabe erfolgt ein Ineingriffbringen der Auswölbungen und somit ein radiales Zentrieren. Dies vereinfacht das
Zusammenfügen von Welle und Nabe, da zunächst lediglich die Zähne gegeneinander verspannt werden müssen, um eine in Umfangsrichtung spielfreie Verbindung herzustellen, erst danach ist zusätzlich eine spannende oder klemm- spannende Verbindung von Welle und Nabe über die Auswölbungen
vorzusehen, um auch eine radiale Zentrierung sicherzustellen.
Besonders vorteilhaft ist außerdem vorgesehen, dass die Auswölbung an einem Zahnkopf, insbesondere an jedem Zahnkopf der ersten Zähne und/oder zweiten Zähne angeordnet sind. Somit ist ein platzsparender Aufbau realisiert.
Insbesondere lässt sich außerdem auf diese Weise ein Montageaufwand vereinfachen.
Die ersten Zähne und/oder die zweiten Zähne sind vorteilhafterweise elastisch oder feinplastisch verformt, wenn diese im Eingriff stehen. Somit ist besagte spielfreie Verbindung zwischen Welle und Nabe etabliert. Durch die elastische Verformung entsteht eine elastische Rückstellkraft, die eine spannende
Verbindung zwischen Welle und Nabe realisiert. Dadurch ist erreicht, dass Welle und Nabe fest und zentriert miteinander verbunden sind, wodurch Drehmomente spielfrei und verlustfrei übertragen werden können.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Getriebe. Das Getriebe umfasst zumindest eine Maschinenkomponente wie zuvor beschrieben. Die Nabe ist dabei insbesondere ein Zahnrad des Getriebes. Durch die Maschinenkomponente ist das Getriebe somit langlebig ausgebildet. Außerdem ist ermöglicht, dass die Drehmomente in dem Getriebe zumindest zwischen Welle und Nabe,
insbesondere Zahnrad, spielfrei, geräuschfrei, verschleißfrei und verlustfrei übertragen werden können. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Abbildung einer Maschinenkomponente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Abbildung einer Maschinenkomponente gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Detailansicht eines Teilbereichs der
Maschinenkomponente gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer Maschinenkomponente gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 5 eine schematische Abbildung eines Teilbereichs eines
Getriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch in Querschnitt-Darstellung eine Maschinenkomponente 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
Maschinenkomponente 1 umfasst eine Welle 2 und eine Nabe 3. Die Nabe 3 kann vorteilhafterweise als Zahnrad 14 eines Getriebes 10 (vgl. Figur 5) ausgebildet sein. Um Drehmoment zwischen der Welle 2 und der Nabe 3 zu übertragen, ist eine Welle-Nabe-Verbindung vorgesehen. Diese ist als
Steckzahnverbindung ausgebildet.
In Figur 1 ist gezeigt, dass die Welle 2 eine Vielzahl von ersten Zähnen 4 aufweist. Die Nabe 3 weist eine Vielzahl von zweiten Zähnen 5 auf. Die ersten Zähne 4 und die zweiten Zähne 5 stehen miteinander tangiert in Eingriff, wodurch eine drehfeste Verbindung zwischen Welle 2 und Nabe 3 ermöglicht ist. Die Verbindung zwischen Welle 2 und Nabe 3 erfolgt spielfrei. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die ersten Zähne 4 gekrümmte Flankenflächen 7 aufweisen. Die zweiten Zähne 5 weisen geradlinige Flankenflächen 6 auf. Dadurch ist ein Linienkontakt zwischen den ersten Zähnen 4 und den zweiten Zähnen 5 realisiert. Außerdem erfolgt ein Verspannen der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5, so dass in Umfangsrichtung eine spielfreie Verbindung zwischen Welle 2 und Nabe 3 hergestellt ist. Es ist somit ermöglicht, Drehmoment zwischen der Nabe 3 und der Welle 2 spielfrei und verlustfrei zu übertragen.
Ist die Welle 2 mit der Nabe 3 verbunden, so erfolgt ein elastisches, bevorzugt mit einem feinplastischen Anteil, Verformen der ersten Zähne 4 und/oder der zweiten Zähne 5 an den gekrümmten Flankenflächen 7. Dadurch sind elastische Rückspielkräfte vorhanden, durch die besagtes Verspannen der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5 erfolgt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Welle 2 und die Nabe 3 radial zentriert sind. Hierfür sind insbesondere Auswölbungen 12 vorgesehen. Die
Auswölbungen 12 sind vorteilhafterweise an einem Zahnkopf 13 der ersten Zähne 4 angebracht und erstrecken sich in radialer Richtung nach außen. Die Auswölbungen 12 liegen an der Nabe 3 an. Insbesondere erfolgt wiederum ein elastisches Verformen der Auswölbungen 12 und/oder der Nabe 3, so dass elastische Rückstellkräfte vorhanden sind. Diese elastischen Rückstellkräfte führen zu einem Verspannen von Welle 2 und Nabe 3 in radialer Richtung, so dass auch hier eine Zentrierung vorhanden ist.
Um das Zusammenfügen von Welle 2 und Nabe 3 zu vereinfachen, sind insbesondere Einführphasen 8 vorhanden. Die Einführphasen 8 befinden sich an einem axialen Ende der ersten Zähne 4 und/oder der zweiten Zähne 5 und dienen zum Verbessern der Montagefähigkeit von Welle 3 und Nabe 2.
Insbesondere erfolgt ein relatives Platzieren von Welle 2 und Nabe 3, ohne dass gleichzeitig die ersten Zähne 4 und die zweiten Zähne 5 miteinander verspannt werden müssen. Dies kann in einem nachfolgenden Schritt erfolgen, wenn eine zentrierte Positionierung erfolgt ist.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Maschinenkomponente 1. Der einzige Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist dabei, dass die ersten Zähne 4 die geradlinigen Flankenflächen 6 und die zweiten Zähne 5 die gekrümmten Flankenflächen 7 aufweisen. Somit lassen sich dieselben Effekte wie im ersten Ausführungsbeispiel erreichen.
Die Auswölbungen 12 können an dem Zahnkopf 13 angebracht werden.
Alternativ lassen sich die Auswölbungen 12 auch außerhalb der Zähne, das bedeutet, außerhalb der ersten Zähne 4 oder der zweiten Zähne 5, anbringen.
So ist in Figur 3 gezeigt, dass die Auswölbungen 12 an einem axialen
Endbereich der Welle 2 angebracht sind. Somit erfolgt vorteilhafterweise zunächst ein Fügen der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5, wobei eine Montagekraft aufzubringen ist, um die ersten Zähne 4 und die zweiten Zähne 5 zu verspannen. Gleichzeitig mit dem Verspannen findet ein tangentiales
Ausrichten von Welle 2 und Nabe 3 statt, so dass die Welle 2 und die Nabe 3 in Umfangsrichtung gegeneinander zentriert sind. Zum Ende des Fügevorgangs erfolgt das radiale Zentrieren mittels der Auswölbungen 12. Diese werden erst am Ende des Fügevorgangs zum Anliegen an die Nabe 3 gebracht, so dass eine zusätzliche Montagekraft, die zum Verspannen von Welle 2 und Nabe 3 an den Auswölbungen 12 aufzubringen ist, erst zum Ende des Fügeprozesses vorhanden ist. Somit ist der Fügeprozess vereinfacht.
Figur 4 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Maschinenkomponente 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Unterbrechung 9 der ersten Zähne 4 vorhanden ist. Die Unterbrechung 9 wird dadurch gebildet, dass die ersten Zähne 4 an der entsprechenden Stelle vollständig ausgespart sind. Dadurch entstehen zwei Gruppen 1 1 von ersten Zähnen 4, wobei jede Gruppe in Umfangsrichtung umlaufende erste Zähne 4 aufweist. In axialer Richtung sind die beiden Gruppen 1 1 von ersten Zähnen 4 voneinander getrennt. Die zweiten Zähne 5 verbleiben in diesem Ausführungsbeispiel unverändert. Somit ist eine gesamte Kontaktfläche zwischen ersten Zähnen 4 und zweiten Zähnen 5 verringert, wodurch eine Montage der Nabe 3 und der Welle 2 vereinfacht ist. Durch Unterbrechungen 9 lassen sich somit optimale Einstellungen vornehmen, um ein gewünschtes Verhältnis zwischen Tragkraft und Montagefähigkeit zu erreichen. So wird durch größere Unterbrechungen 9 die Montagekraft verringert, während durch kleinere Unterbrechungen 9 eine Tragkraft vergrößert ist.
Figur 5 zeigt schließlich ein Getriebe 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Getriebe 10 umfasst eine Maschinenkomponente 1 , wobei die Maschinenkomponente 1 wie zuvor bereits beschrieben eine Welle 2 und eine Nabe 3 umfasst. Die Nabe 3 ist insbesondere ein Zahnrad 4.
Um die Welle 2 und die Nabe 3 drehtest miteinander zu koppeln, erfolgt das zuvor beschriebene Verspannen der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5. In dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei wiederum jeweils eine Unterbrechung 9 der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5 vorhanden.
Durch die Unterbrechungen 9 sind verschiedene Gruppen 11 von ersten Zähnen 4 und zweiten Zähnen 5 vorhanden, wobei die Zähne jeder Gruppe 11 von ersten Zähnen 4 unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Ebenso weisen die zweiten Zähne 5 unterschiedlicher Gruppen 11 unterschiedliche
Außendurchmesser auf. Somit ist eine gestufte Welle 2 und eine gestufte Nabe 3 realisiert. Dadurch ist wiederum ein Fügen vereinfacht, da das Einstecken der Welle 2 in die Nabe 3 zunächst ohne ein Verspannen der ersten Zähne 4 und der zweiten Zähne 5 möglich ist, wobei diejenige Strecke, über die die ersten Zähne 4 und die zweite Zähne 5 zu verspannen sind, verringert ist. Wie zuvor beschrieben, kann durch die Abmessungen der ersten Zähne 4 und/oder der zweiten Zähne 5 in axialer Richtung erreicht werden, dass eine gewünschte Tragkraft realisiert ist. Die Tragkraft definiert wiederum das maximal übertragbare Drehmoment zwischen Nabe 3 und Welle 2. Gleichzeitig kann durch die Größe der Unterbrechung 9 eine Kraft variiert werden. Somit lässt sich für jeden
Anwendungsfall ein Optimum zwischen Tragkraft und Montagekraft finden. In jedem Fall erfolgt eine spielfreie Verbindung zwischen Welle 2 und Nabe 3, wodurch Drehmoment spielfrei und verlustfrei übertragen werden kann. Dadurch ist eine Lebensdauer der Maschinenkomponente 1 und damit des Getriebes 10 erhöht. Insbesondere lassen sich Störungen wie Zahnflankenschläge,
Störgeräusche, schlechte Tragbilder der Verzahnung, punktuelle
Drehlastübertragungen oder die Erhöhungen von Lagerbelastungen der Welle 2 vermeiden.

Claims

Ansprüche
1. Maschinenkomponente (1 ) umfassend eine Welle (2) und eine Nabe (3),
• wobei die Welle (2) eine Vielzahl von ersten Zähnen (4) und die Nabe (3) eine Vielzahl von zweiten Zähnen (5) aufweist,
• wobei die ersten Zähne (4) mit den zweiten Zähnen (5) in Eingriff
stehen, sodass die Welle (2) mit der Nabe (3) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
• die ersten Zähne (4) der Welle (2) und die zweiten Zähne (5) der Nabe
(3) gerade, flache Flankenflächen (6) und/oder gekrümmte
Flankenflächen (7) aufweisen, und
• dass zumindest eine gerade, flache Flankenfläche (6) eines ersten Zahns (4) an einer gekrümmten Flankenfläche (7) eines zweiten Zahns (5) oder zumindest eine gekrümmte Flankenfläche (7) des ersten Zahns
(4) an einer geraden, flachen Flankenfläche (6) eines zweiten Zahns (5) anliegt.
2. Maschinenkomponente (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche ersten Zähne (4) gerade, flache Flankenflächen (6) und sämtliche zweiten Zähne (5) gekrümmte Flankenflächen (7) aufweisen oder dass sämtliche ersten Zähne (4) gekrümmte Flankenflächen (7) und sämtliche zweiten Zähne (5) gerade, flache Flankenflächen (6) aufweisen.
3. Maschinenkomponente (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zähne (4) und/oder die zweiten Zähne (5) Einführfasen (8) an einem bezüglich der Welle (2) axialen Endbereich aufweisen.
4. Maschinenkomponente (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zähne (4) und/oder zweiten Zähne (5) in Axialrichtung Unterbrechungen (9) aufweisen, um jeweils zumindest zwei verschiedene Gruppen (1 1 ) erster Zähne (4) und/oder zweiter Zähne (5), die bezüglich der Welle (2) in Umfangsrichtung an der Welle (2) oder an der Nabe (3) umlaufend angeordnet sind, bereitzustellen.
5. Maschinenkomponente (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Gruppen (1 1 ) erster Zähne (4) und/oder zumindest zwei Gruppen (1 1 ) zweiter Zähne (5) unterschiedliche Radien aufweisen.
6. Maschinenkomponente (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) zumindest eine sich bezüglich der Welle (2) in radialer Richtung erstreckende Auswölbung (12) aufweist, die an der Nabe (3) anliegt, oder dass die Nabe (3) zumindest eine sich bezüglich der Welle (2) in radialer Richtung erstreckende Auswölbung (12) aufweist, die an der Welle (2) anliegt.
7. Maschinenkomponente (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswölbungen (12) zur radialen Zentrierung an einem axialen
Randbereich der Verbindung zwischen Welle (2) und Nabe (3) angebracht ist.
8. Maschinenkomponente (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswölbung (12) an einem Zahnkopf (13), insbesondere an jedem Zahnkopf (13) der ersten Zähne (4) und/oder zweiten Zähne (5) angeordnet sind.
9. Maschinenkomponente (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Zähne (4) und/oder die zweiten Zähne (5) elastisch, insbesondere mit einem feinplastischen Anteil, verformt sind, wenn diese im Eingriff stehen, sodass eine spielfreie Verbindung zwischen Welle (2) und Nabe (3) etabliert ist.
10. Getriebe (10) umfassend zumindest eine Maschinenkomponente (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) ein Zahnrad (14) des Getriebes (10) ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4415033C1 (de) * 1994-04-29 1995-08-10 Loehr & Bromkamp Gmbh Verbindung zur harmonischen Übertragung von Drehmoment
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EP1004403A2 (de) * 1998-11-25 2000-05-31 Snap-On Tools Company Pressitz Verbindung und Verfahren hierfür und hiermit versehener indexierbarer Ratschenschlüssel

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