DE102013204376A1

DE102013204376A1 - Eine Welle zum Verbinden mit einer Nabe, eine Wellen-Nabenverbindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Welle und ein Verfahren zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe

Info

Publication number: DE102013204376A1
Application number: DE102013204376.7A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Deppert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Eine Welle 100 zum Verbinden mit einer Nabe umfasst ein erstes zumindest teilweise außenverzahntes Wellenteil 110 und ein koaxial zum dem ersten Wellenteil 110 angeordnetes, zweites zumindest teilweise außenverzahntes Wellenteil 120. Der zweite Wellenteil 120 schließt sich in axialer Richtung an ein axiales Ende des ersten Wellenteils 110 an. Ferner weist die Welle 100 eine Drehfedereinrichtung 130 auf, die den ersten Wellenteil 110 mit dem zweiten Wellenteil 120 verbindet und ausgelegt ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils 110 gegenüber dem zweiten Wellenteil 120 ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 zu erzeugen. Zusätzlich umfasst die Welle 100 eine zumindest teilweise innenverzahnte Sicherungsnabe 140, die entlang des ersten Wellenteils 110 und des zweiten Wellenteils 120 axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird. Die Sicherungsnabe 130 erstreckt sich in der Sicherungsposition mit einem ersten axialen Ende über den ersten Wellenteil 110 und mit einem zweiten axialen Ende über den zweiten Wellenteil 120. Zusätzlich ist die Sicherungsnabe 130 beim Verbinden der Welle mit einer Nabe durch die Nabe von der Sicherungsposition weg verschiebbar.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Konzepte für Wellen-Nabenverbindungen und insbesondere auf eine Welle zum Verbinden mit einer Nabe, eine Wellen-Nabenverbindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Welle zum Verbinden mit einer Nabe und ein Verfahren zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe.
In vielen Maschinen ist es notwendig, eine Ausgangswelle oder Ausgangsnabe eines ersten Maschinenteils mit einer Eingangsnabe oder Eingangswelle eines zweiten Maschinenteils zu verbinden. Solche Verbindungen können mit sogenannten Wellen-Nabenverbindungen realisiert werden.
Beispielsweise wird bei zahlreichen Antriebssträngen, zum Beispiel bei Trennkupplungen (K0) von Hybridmodulen und deren Torsionsdämpfern, das Moment des Verbrennungsmotors über verzahnte Wellen-Nabenverbindungen in die K0 (Trennkupplung) und/oder aus der K0 geleitet. Da Wellen-Nabenverbindungen ein Fügespiel besitzen können, kann das zu Geräuschen führen.
Es gibt einige Varianten, die versuchen, das Spiel in Schiebeverzahnungen drehmomentführender Wellen-Nabenverbindungen zu eliminieren oder zu verringern, um Anlagewechsel und Geräusche zu vermeiden.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 5836713 einen Kopplungsmechanismus zum Aufbauen einer eingerollten verzahnten Verbindung. Dabei wird ein Blockierelement verwendet, das an seiner Außenseite eine Kurvennut aufweist, in die ein Bolzen eingreift. Bei einer axialen Bewegung des Blockierelements wird dieses durch eine Bewegung des Bolzens in der Kurvennut verdreht und kann so zwischen einer Blockierposition und einer Freigabeposition hin- und her bewegt werden.
Ferner beschreibt das Dokument US 3399549 eine spielfreie verzahnte Verbindung, die zwischen zwei koaxialen Wellenelementen hergestellt wird. Die koaxialen Wellenelemente sind longitudinal verschiebbar verbindbar durch eine in Eingriff stehende Verzahnung. Dabei werden Mittel mit longitudinal beabstandeten, verzahnten Abschnitten verwendet, die gegeneinander vorgespannt werden können.
Die Druckschrift US 6408706 zeigt eine Vorrichtung zum Anhalten einer Drehbewegung. Dabei wird ein Freigängigkeitseinstellungsmechanismus bereitgestellt, der eine Freigängigkeit in einer Umfangsrichtung zwischen einer inneren Wandoberfläche einer Nabe und einer äußeren Fläche einer verzahnten Welle anpassen kann, sodass ein erster verzahnter Wellenteil und ein zweiter verzahnter Wellenteil, welche zweigeteilt sind, in gegenseitig entgegengesetzten Richtungen bezüglich einer Drehachse rotiert und verschoben werden können.
Die meisten dieser Varianten sind jedoch schlecht montierbar, benötigen einen großen Bauraum, bieten eine schlechte Funktion und/oder haben eine geringe Lebensdauer.
Es besteht daher der Bedarf, ein Konzept zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe zu schaffen, das eine einfache Montierbarkeit, insbesondere in der Endmontage, einen geringen Bauraum und/oder eine hohe Lebensdauer ermöglicht.
Dieser Bedarf wird durch eine Welle gemäß Anspruch 1, einer Wellen-Nabenverbindung gemäß Anspruch 13, ein Verfahren zum Herstellen einer Welle gemäß Anspruch 14 und ein Verfahren zum Verbinden einer Welle wird mit einer Nabe gemäß Anspruch 15 gedeckt.
Eine Welle zum Verbinden mit einer Nabe gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein erstes, zumindest teilweise außenverzahntes Wellenteil, ein koaxial zu dem ersten Wellenteil angeordnetes, zweites zumindest teilweise außenverzahntes Wellenteil, eine Drehfedereinrichtung und eine Sicherungsnabe. Der zweite Wellenteil schließt sich in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils an den ersten Wellenteil an. Die Drehfedereinrichtung verbindet den ersten Wellenteil mit dem zweiten Wellenteil und ist ausgebildet, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils gegenüber dem zweiten Wellenteil ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil zu erzeugen. Ferner ist die zumindest teilweise innen verzahnte Sicherungsnabe entlang des ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils axial verschiebbar und dazu ausgebildet, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird. Die Sicherungsnabe erstreckt sich in der Sicherungsposition mit einem ersten axialen Ende über den ersten Wellenteil und mit einem zweiten axialen Ende über dem zweiten Wellenteil. Ferner ist die Sicherungsnabe bei einem Verbinden der Welle mit einer Nabe durch die Nabe von der Sicherungsposition weg verschiebbar.
Ausführungsbeispielen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Sicherungsnabe verwendet werden kann, um eine Vorspannung zwischen zwei aneinander anschließenden Wellenteilen bis zur Endmontage, dem Verbinden mit der dafür vorgesehenen Nabe, aufrechtzuerhalten. Durch die Verschiebbarkeit der Sicherungsnabe kann gewährleistet werden, dass die eigentlich zu verbindende Nabe einfach auf den am axialen Ende der Welle liegenden Wellenteil aufgeschoben werden kann und die Sicherungsnabe in Richtung des anderen Wellenteils verschoben werden kann, sodass die zu verbindende Nabe mit beiden Wellenteilen verzahnt ist und die Vorspannung in Form des vordefinierten Torsionsmoments zwischen den beiden Wellenteilen erhalten bleibt. Durch die Vorspannung kann ein Fügespiel der Wellen-Nabenverbindung deutlich reduziert oder vollständig eliminiert werden. Ferner kann der notwendige Bauraum gering gehalten werden, da der axial am Ende liegende Wellenteil nur eine geringe axiale Ausdehnung haben kann. Da die Vorspannung bereits vor der Endmontage, also dem Verbinden mit der Nabe, aufgebracht und aufrechterhalten werden kann, kann die Endmontage deutlich vereinfacht werden. Ferner kann durch die Reduzierung oder Eliminierung des Spiels der Wellen-Nabenverbindung auch die Lebensdauer der Wellen-Nabenverbindung deutlich erhöht werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der erste Wellenteil zumindest teilweise hohl und die Drehfedereinrichtung ist zumindest teilweise in dem von dem ersten Wellenteil gebildeten Hohlraum angeordnet. Dadurch kann der Bauraum weiter reduziert werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Welle mit einer Drehfedereinrichtung, die eine die beiden Wellenteile verbindende Torsionsfeder umfasst. Dadurch kann auf einfache und platzsparende Art und Weise eine Vorspannung in Form eines Torsionsmoments zwischen den beiden Wellenteilen erzeugt werden.
Bei einigen anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Drehfedereinrichtung eine Lagerachse und eine Spiraldrehfeder. Dabei ist der zweite Wellenteil drehbar auf der Lagerachse gelagert und die Lagerachse ist verdrehfest mit dem ersten Wellenteil verbunden. Ferner ist die Spiraldrehfeder mit ihren Enden mit den beiden Wellenteilen verdrehfest verbunden. So kann ebenfalls sehr einfach und platzsparend eine Vorspannung zwischen den beiden Wellenteilen erzeugt werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der erste Wellenteil an einer axial dem zweiten Wellenteil zugewandten Seite zumindest eine axiale Ausnehmung auf und der zweite Wellenteil weist an einer dem ersten Wellenteil zugewandten Seite zumindest eine entsprechende axiale Nase auf. Dabei greift die zumindest eine Nase des zweiten Wellenteils in die zumindest eine Ausnehmung des ersten Wellenteils ein. Die Nase weist dabei zumindest teilweise die Außenverzahnung des zweiten Wellenteils auf, sodass die Sicherungsnabe in der Sicherungsposition in dem axialen Bereich der Ausnehmung und der Nase mit beiden Wellenteilen über je einen Teil des Umfangs verzahnt ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei einem Verschieben der Sicherungsnabe aus der Sicherungsposition durch eine zu verbindende Nabe beim Verbinden mit dieser Nabe die Vorspannung wieder verloren wird, da jeweils beide Wellenteile über je einen Teil des Umfangs mit der Sicherungsnabe oder der zu verbindenden Nabe aufgrund der axialen Verzahnung von Nase und Ausnehmung verzahnt sind.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Welle mit einer Sicherungsnabe, die an ihrem zweiten axialen Ende zumindest eine axiale Nase aufweist. Die Innenverzahnung der Sicherungsnabe erstreckt sich auch über die Nase, sodass für die Sicherungsnabe bei einem Verbinden der Welle mit einer zumindest die Nase aufnehmenden axialen Ausnehmung an einem axialen Ende aufweisenden Nabe eine Position erreichbar ist, in der die Sicherungsnabe mit der zumindest einen Nase noch mit dem zweiten Wellenteil verzahnt ist und die zu verbindende Nabe mit einem die zumindest eine Ausnehmung benachbarten Teil bereits mit dem ersten Wellenteil verzahnt ist. Dadurch kann ebenfalls gewährleistet werden, dass beim Verbinden der Welle mit einer zu verbindenden Nabe die Vorspannung nicht verloren geht.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Wellen-Nabenverbindung mit einer Welle nach dem zuvor beschriebenen Konzept und einer zumindest teilweise innen verzahnten Nabe. Dabei erstreckt sich die Nabe über den ersten Wellenteil und den zweiten Wellenteil und ist mit beiden Wellenteilen verzahnt. Ferner ist ein vordefiniertes Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil vorhanden. Zusätzlich erstreckt sich die Sicherungsnabe an das axiale Ende der Nabe anschließend über dem ersten Wellenteil. Entsprechend dem zuvor beschriebenen Konzept kann eine Wellen-Nabenverbindung realisiert werden, die nahezu kein oder kein Spiel aufweist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt einer Welle zum Verbinden mit einer Nabe;
2a bis 2c schematische Darstellungen einer Welle beim Verbinden mit einer Nabe;
3a eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Welle eines Drehschwingungsdämpfers zum Verbinden mit einer Nabe mit in den Naben realisierten Übergriffen vor Verbinden;
3b eine schematische Frontalansicht der Welle des Drehschwingungsdämpfers aus 3a;
3c bis 3e schematische Querschnitte an den in 3b gekennzeichneten Stellen;
4a eine schematische dreidimensionale Darstellung einer Welle eines Drehschwingungsdämpfers mit Übergriffen an den Wellenteilen vor Verbinden;
4b eine schematische Frontalansicht der Welle des Drehschwingungsdämpfers aus 5a;
4c bis 4e schematische Querschnitte an den in 5b gekennzeichneten Stellen;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Welle zum Verbinden mit einer Nabe; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe.
Im Folgenden können bei unterschiedlichen, beschriebenen Ausführungsbeispielen teilweise für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Des Weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar oder zueinander austauschbar sein.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Welle 100 zum Verbinden mit einer Nabe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Welle 100 umfasst einen ersten zumindest teilweise außen verzahnten Wellenteil 110 und einen koaxial zu dem ersten Wellenteil 110 angeordneten, zweiten zumindest teilweise außen verzahnten Wellenteil 120. Ferner umfasst die Welle 100 eine Drehfedereinrichtung 130 und eine Sicherungsnabe 140. Der zweite Wellenteil 120 schließt sich in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils 110 an den ersten Wellenteil 110 an. Die Drehfedereinrichtung 130 verbindet den ersten Wellenteil 110 mit dem zweiten Wellenteil 120. Ferner kann die Drehfedereinrichtung 130 bei Verdrehung des ersten Wellenteils 110 gegenüber dem zweiten Wellenteil 120 ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 erzeugen. Die Sicherungsnabe 140 ist zumindest teilweise innen verzahnt und ist entlang des ersten Wellenteils 110 und des zweiten Wellenteils 120 verschiebbar. Zusätzlich kann die Sicherungsnabe 140 bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 in eine Sicherungsposition gebracht werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird. In der Sicherungsposition erstreckt sich die Sicherungsnabe 140 mit einem ersten axialen Ende über dem ersten Wellenteil 110 und mit einem zweiten axialen Ende über den zweiten Wellenteil 120. Ferner ist die Sicherungsnabe 140 bei einem Verbinden der Welle 100 mit einer Nabe durch die Nabe von der Sicherungsposition weg verschiebbar.
Die Welle 100 kann eine Welle eines beliebigen Maschinenteils oder einer Maschine (z.B. Motor, Kupplung, Drehschwingungsdämpfung) sein, die mit einer Nabe (z.B. auch Hauptnabe genannt) eines anderen Maschinenteils oder einer Maschine (z.B. Kupplung, Getriebe, Drehschwingungsdämpfung) verbunden werden soll.
Der erste Wellenteil 110 und der zweiten Wellenteil 120 sind zumindest teilweise außenverzahnt. In anderen Worten, ein Außenumfang des ersten Wellenteils 110 und ein Außenumfang des zweiten Wellenteils sind mit einer Verzahnung ausgebildet. Diese Verzahnung kann sich jeweils über den ganzen Außenumfang oder sowohl axial als auch in Umfangsrichtung (Richtung orthogonal zur axialen und einer radialen Richtung am Umfang) nur teilweise über den jeweiligen Außendurchmesser erstrecken. Beispielsweise kann sich der erste Wellenteil 110 in axialer Richtung von dem zweiten Wellenteil weg deutlich weiter erstrecken als es für ein Verbinden mit einer Nabe (und z.B. für ein Verschieben der Sicherungsnabe) notwendig ist. Dementsprechend kann der erste Wellenteil z.B. 110 auch einen axialen Teil ohne Verzahnung aufweisen. Ebenso kann es beispielsweise ausreichend sein, den zweiten Wellenteil 120 in Umfangsrichtung nur teilweise mit einer Verzahnung auszubilden, da diese teilweise Verzahnung ausreichen kann, um im Eingriff in die Sicherungsnabe 140 das Torsionsmoment aufrechtzuerhalten.
Damit die Sicherungsnabe 140 sich entlang des ersten Wellenteils 100 und des zweiten Wellenteils 120 bewegen kann und auch später die zu verbindende Nabe nach Verbinden mit dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 verzahnt ist, kann ein Außendurchmesser der Verzahnung des ersten Wellenteils 110 im Wesentlichen (zum Beispiel bis auf Fertigungstoleranzen oder weniger als die Höhe der Zähne der Verzahnung) einem Außendurchmesser der Verzahnung des zweiten Wellenteils 120 entsprechen.
Der erste Wellenteil 110 und der zweite Wellenteil sind zueinander koaxial angeordnet. D.h. der erste Wellenteil 110 und der zweite Wellenteil 120 weisen im Betrieb eine gemeinsame Rotationsachse auf. Ferner schließt sich der zweite Wellenteil 120 in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils 110 an den ersten Wellenteil 110 an. In anderen Worten, die beiden Wellenteile sind auf ihrer gemeinsamen Rotationsachse nacheinander angeordnet. Dabei können die beiden Wellenteile in axialer Richtung einen Abstand zueinander aufweisen.
Der axiale Abstand zwischen den beiden Wellenteilen kann z.B. so groß sein, dass die die beiden Wellenteile verbindende Drehfedereinrichtung 130 zwischen den beiden Wellenteilen angeordnet werden kann. Dadurch können die beiden Wellenteile und die Drehfedereinrichtung 130 kostengünstig herstellbar sein. Die beiden Wellenteile können dann beide oder einer mit der Drehfedereinrichtung 130 einteilig oder mehrteilig realisiert sein. Allerdings führt ein großer Abstand zwischen den beiden Wellenteilen auch zu einem großen axialen Bauraum.
Optional, alternativ oder zusätzlich kann daher der erste Wellenteil 110 zumindest teilweise hohl sein und die Drehfedereinrichtung 130 zumindest teilweise in dem von dem ersten Wellenteil 110 gebildeten Hohlraum angeordnet sein. In anderen Worten, der erste Wellenteil 110 kann an einem dem zweiten Wellenteil 120 zugewandten axialen Ende einen in Richtung des zweiten Wellenteils 120 offenen Hohlraum aufweisen. Dieser Hohlraum kann dazu genutzt werden, den größten Teil (z.B. bis auf den Anschlussbereich an das zweite Wellenteil oder mehr als die Hälfte der axialen Ausdehnung) der Drehfedereinrichtung 130 aufzunehmen. An einer dem zweiten Wellenteil 120 abgewandten Ende des Hohlraums kann die Drehfedereinrichtung 130 dann beispielsweise mit dem ersten Wellenteil 110 verbunden sein. Der axiale Abstand zwischen den beiden Wellenteilen kann so beispielsweise kleiner als 5mm (oder kleiner als 2mm oder kleiner als 1mm) sein.
Die Sicherungsnabe 140 erstreckt sich in der Sicherungsposition in axialer Richtung von dem ersten Wellenteil 110 über den Abstand oder Spalt zwischen den beiden Wellenteilen zu dem zweiten Wellenteil 120, sodass die Sicherungsnabe 140 mit ihrer Innenverzahnung mit beiden Wellenteilen verzahnt ist und das Torsionsmoment zwischen den beiden Wellenteilen sichern oder aufrechterhalten kann, da sich die beiden Wellenteile dann nicht relativ zueinander verdrehen können.
Die Innenverzahnung der Sicherungsnabe 140 kann sich in axialer Richtung und in Umfangrichtung über den vollständigen Innenumfang oder Innendurchmesser der Sicherungsnabe 140 erstrecken. Alternativ kann es auch ausreichend sein die Innenverzahnung nur auf einem Teil des Innenumfangs (in axialer und/oder in Umfangrichtung) auszubilden.
Da die beiden Wellenteile im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweisen kann die Sicherungsnabe 140 zumindest in dem Teil der beiden Wellenteile, in dem die beiden Wellenteile die Außenverzahnung aufweisen verschoben werden. Dies kann gewährleistet werden, wenn die Sicherungsnabe 140 zumindest in dem in Umfangsrichtung mit Außenverzahnung versehenen Bereich der Wellenteile keine in radialer Richtung nach innen über die Innenverzahnung hinausragende Teile aufweist.
Die Sicherungsposition kann jede Position sein, in der die Sicherungsnabe 140 mit beiden Wellenteilen verzahnt ist und das vordefinierte Torsionsmoment aufrechterhalten kann. Dabei kann sich die Sicherungsnabe 140 beispielsweise in axialer Richtung weiter über den ersten Wellenteil als den zweiten Wellenteil erstrecken. Alternativ, kann sich die Sicherungsnabe 140 in der Sicherungsposition aber auch im Wesentlichen gleich weit über beide Wellenteile erstrecken. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Sicherungsnabe 140 auch beispielsweise bei starken Erschütterungen beim Transport nicht so weit verrutschen kann, dass sie einen der beiden Wellenteile freigibt.
Die Drehfedereinrichtung 130 verbindet die beiden Wellenteile miteinander und ist mit beiden verdrehfest verbunden. D.h. dass ein jeweiliges Ende der Drehfedereinrichtung 130 mit dem jeweiligen Wellenteil so verbunden ist, dass zwischen dem jeweiligen Ende und dem Wellenteil im Wesentlichen (ohne Zerstörung) keine relative Drehbewegung möglich ist. Dies kann beispielsweise durch eine formschlüssige, kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung realisiert werden. Jedoch können durch die endliche Torsionssteifigkeit der Drehfedereinrichtung 130 in Abhängigkeit von einem aufgebrachten Torsionsmoment die beiden Wellenteile relativ zueinander verdreht werden. Je stärker die Wellenteile zueinander verdreht werden sollen, umso mehr Kraft oder Torsionsmoment muss dazu aufgewendet werden. Dementsprechend kann durch Verdrehen der Wellenteile relativ zueinander ein vordefiniertes Torsionsmoment aufgebracht werden. Dieses Torsionsmoment kann dann durch Einbringen der Sicherungsnabe 140 in die Sicherungsposition aufrechterhalten werden. Die Verdrehung kann so ausgeführt werden, dass die Außenverzahnungen der beiden Wellenteile aufeinander ausgerichtet sind, sodass die Sicherungsnabe 140 in die Sicherungsposition geschoben werden kann.
Das vordefinierte Torsionsmoment kann je nach Anwendungen ein unterschiedlich hohes, von Null verschiedenes Torsionsmoment sein. Ist in einer Anwendung mit großen zu übertragenden Kräften oder Momenten von der Welle 100 zu einer Nabe oder hohen und schnellen Lastwechseln zu rechnen kann ein höheres vordefiniertes Torsionsmoment gewählt werden als bei geringen zu übertragenden Momenten. Das vordefinierte Torsionsmoment kann jeweils so groß gewählt werden, dass Anschlagwechsel oder Geräusche der Wellen-Nabenverbindung im Betrieb reduziert oder eliminiert werden können. Das beschriebene Konzept kann unabhängig von der Anwendung und dem gewünschten vordefinierten Torsionsmoment angewendet werden.
Beispielsweise kann optional, alternativ oder zusätzlich zu bereits erwähnten Aspekten die Drehfedereinrichtung 130 eine die beiden Wellenteile verbindende Torsionsfeder umfassen. Die Torsionsfeder kann beispielsweise als die beiden Wellenteile entlang der Rotationsachse, also koaxial, verbindendes Torsionselement (z.B. runder Stab) realisiert werden. Dadurch kann die Drehfedereinrichtung 130 auf einfache Art und Weise realisiert werden.
Die Torsionsfeder und das zweite Wellenteil 120 können beispielsweise einteilig ausgeführt sein. Dadurch kann die Anzahl an Bauteilen und somit der Montageaufwand reduziert werden. Alternativ können die Torsionsfeder und das zweite Wellenteil 120 aber auch mehrteilig ausgeführt sein, wodurch sich die Herstellungskosten reduzieren lassen können, da diese Teile einfacher herzustellen sein können.
Optional kann die Drehfedereinrichtung 130 zusätzlich eine Spiraldrehfeder umfassen, die sich um die Torsionsfeder erstreckt und mit ihren Enden mit den beiden Wellenteilen 110, 120 verdrehfest verbunden ist. Dadurch kann eine höhere Torsionssteifigkeit erreicht werden, sodass bei geringerer Verdrehung der Wellenteile bereits ein hohes Torsionsmoment erreicht werden kann.
Alternativ kann die Drehfedereinrichtung 130 optional eine Lagerachse und eine Spiraldrehfeder umfassen. Dabei kann der zweite Wellenteil 120 drehbar auf der Lagerachse gelagert sein und die Lagerachse verdrehfest mit dem ersten Wellenteil 110 verbunden sein. Ferner kann sich die Spiraldrehfeder um die Lagerachse erstrecken und mit ihren Enden mit den beiden Wellenteilen 110, 120 verdrehfest verbunden sein. In anderen Worten, eine koaxial zu den beiden Wellenteilen verlaufende Lagerachse trägt den zweiten Wellenteil 120. Das zweite Wellenteil 120 ist auf der Lagerachse so gelagert, dass es relativ zu dem ersten Wellenteil 110 verdreht werden kann. Die Spiraldrehfeder ist mit den beiden Wellenteilen mit je einem Ende verdrehfest verbunden und wirkt so einer Verdrehung der beiden Wellenteile relativ zueinander entgegen, sodass bei Verdrehung ein Torsionsmoment erzeugt wird. Dadurch kann die Drehfedereinrichtung 130 ebenfalls auf einfache Art und Weise realisiert werden.
Die beiden Wellenteile können unterschiedliche Hauptaufgaben in einer Wellen-Naben-Verbindung erfüllen. Z.B. kann der erste Wellenteil 110 im Betrieb hauptsächlich zur Aufnahme der zu übertragenden Momente und der zweite Wellenteil 120 zur Verhinderung von Geräuschen, Anlagewechsel oder erhöhter Abnutzung bei Lastwechseln zuständig sein. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der zweite Wellenteil 120 den der Nabe zugewandten Teil bildet und nur über die Drehfedereinrichtung 130 mit der restlichen Welle verbunden ist, sodass nur geringe Kräfte über den zweiten Wellenteil 120 übertragen werden können. In anderen Worten, optional, zusätzlich oder alternativ zu anderen beschriebenen Aspekten kann der zweite Wellenteil 120 an dem axialen Ende der Welle 100 angeordnet sein und der erste Wellenteil 110 ausgebildet sein, um nach Verbinden mit einer Nabe im Vergleich zu dem zweiten Wellenteil 120 mehr als 70 % (oder mehr als 50 %, mehr als 80 % oder mehr als 90 %) einer maximal zu übertragenden Kraft oder Moment aufzunehmen. Dies kann durch eine entsprechende Dimensionierung der beiden Wellenteile und der Drehfedereinrichtung 130 erreicht werden. Die maximal zu übertragende Kraft oder das maximal zu übertragende Moment kann je nach Anwendung unterschiedlich groß sein.
Optional, zusätzlich oder alternativ zu andern beschriebenen Aspekten kann der erste Wellenteil 110 an einer axial dem zweiten Wellenteil 120 zugewandten Seite zumindest eine axiale Ausnehmung aufweisen und der zweite Wellenteil 120 an einer dem ersten Wellenteil 110 zugewandten Seite zumindest eine entsprechende axiale Nase aufweisen. Die zumindest eine Nase des zweiten Wellenteils 110 greift in die zumindest eine Ausnehmung des ersten Wellenteils 110 ein. Die Nase weist dabei zumindest teilweise die Außenverzahnung des zweiten Wellenteils 120 auf, sodass die Sicherungsnabe in der Sicherungsposition in dem axialen Bereich der Ausnehmung und der Nase mit beiden Wellenteilen 110, 120 über je einen Teil des Umfangs verzahnt ist. Die Nase weist beispielsweise zumindest in jenem Teil, in dem sich die Außenverzahnung des zweiten Wellenteils 120 fortsetzt, einen im Wesentlichen gleichen Außendurchmesser der Verzahnung auf, wie die beiden Wellenteile 110, 120. In anderen Worten, die beiden Wellenteile können in axialer Richtung an der jeweils dem anderen Wellenteil zugewandten Seite eine Verzahnung (z.B. eine Nase und eine Ausnehmung) aufweisen. Diese axiale Verzahnung der beiden Wellenteile greift ineinander ein, sodass die Sicherungsnabe 140 in dem Bereich der axialen Verzahnung der beiden Wellenteile in die Außenverzahnung beider Wellenteile eingreift. Dadurch kann gewährleiste werden, dass auch während des Verbindens mit einer Nabe jeweils entweder die Sicherungsnabe 140 oder die zu verbindende Nabe im Bereich der axialen Verzahnung mit beiden Wellenteilen im Eingriff steht und so das vordefinierte Torsionsmoment (und so auch die Vorspannung) aufrechterhalten werden kann. Die axiale Verzahnung kann auch als klauenförmiger Übergriff bezeichnet werden.
Die Sicherungsnabe 140 (und auch die zu verbindende Nabe) können hier auch mit jeweils einer glatten Stirnfläche ausgebildet werden. Beim Verbinden mit der Nabe kann diese dann ohne großen Aufwand in einer beliebigen Orientierung zur Welle mit dieser verbunden werden.
Damit die Wellenteile trotz Verzahnung gegeneinander zum Erzeugen des vordefinierten Torsionsmoments verdreht werden können, können die Zähne oder Nasen in Umfangrichtung kleiner sein als die Ausnehmungen. In anderen Worten, die Nase kann zusätzlich kleiner als die Ausnehmung sein, sodass der erste Wellenteil 110 gegenüber dem zweiten Wellenteil 120 verdrehbar ist, um ein Torsionsmoment zwischen den Wellenteilen 110, 120 zu erzeugen.
Optional, zusätzlich oder alternativ zu den anderen beschriebenen Aspekten kann die Sicherungsnabe 140 an ihrem zweiten axialen Ende zumindest eine axiale Nase aufweisen. Dabei erstreckt sich die Innenverzahnung der Sicherungsnabe auch über die Nase, sodass für die Sicherungsnabe 140 bei einem Verbinden der Welle mit einer zumindest einer die Nase aufnehmenden axialen Ausnehmung an einem axialen Ende aufweisenden Nabe eine Position erreichbar ist, in der die Sicherungsnabe 140 mit der zumindest einen Nase noch mit dem zweiten Wellenteil 120 verzahnt ist und die zu verbindende Nabe mit einem der zumindest einen Ausnehmung benachbarten Teil bereits mit dem ersten Wellenteil 110 verzahnt ist. In anderen Worten, alternativ oder zusätzlich zu einer axialen Verzahnung zwischen den Wellenteilen kann eine solche axiale Verzahnung auch zwischen der Sicherungsnabe 140 und der zu verbindenden Nabe ausgebildet werden. Beim Verbinden kann die Verzahnung der beiden Naben aufeinander ausgerichtet werden und dann die zu verbindende Nabe auf die Welle geschoben werden.
Beispielsweise zeigen die 2a–2c eine schematische Darstellung einer Welle 200 beim Verbinden mit einer Nabe 250 als ein Ausführungsbeispiel. Die Welle 200 ist dabei in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt, bei der im oberen Teil der Ansicht ein Viertel des Umfangs weggeschnitten wurde, um auch einen Querschnitt und das Innere sehen zu können. Die Sicherungsnabe 140 weist zumindest eine Nase 222 und eine Ausnehmung 224 auf, die zu der zumindest einen Nase 252 und Ausnehmung 254 der Nabe 250 passen, auf. Dadurch wird eine zuvor beschriebene axiale Verzahnung realisiert. In 2a sind die Welle 200 und die Nabe 250 vor Verbinden gezeigt und in 2b sind die Welle 200 und die Nabe 250 in verbundenem Zustand gezeigt. Die Sicherungsnabe 140 ist dabei von der Nabe 250 aus der Sicherungsposition geschoben worden und verbleibt an das Ende der Nabe 250 anschließend auf dem ersten Wellenteil 110. 2c zeigt eine Position während des Verbindens, in der durch die axiale Verzahnung der beiden Naben beide in die Außenverzahnung von beiden Wellenteilen eingreifen, sodass die Vorspannung erhalten bleibt.
Optional, zusätzlich oder alternativ zu den anderen beschriebenen Aspekten kann die Sicherungsnabe 140 zumindest teilweise (oder vollständig) aus Kunststoff bestehen und die Verzahnung der Sicherungsnabe ausgebildet sein, sodass die Sicherungsnabe 140 nach einem Verbinden mit einer Nabe spielfrei mit dem ersten Wellenteil 110 verbunden ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem einer oder mehrere Zähne der Innenverzahnung der Sicherungsnabe 140 etwas größer hergestellt oder gespritzt werden als der eigentlich dafür vorgesehene Platz in der Außenverzahnung der beiden Wellenteile, sodass die Sicherungsnabe 140 leicht verklemmt. Dadurch kann im verbundenen Zustand gewährleitet werden, dass die Sicherungsnabe 140 im Betrieb keine Geräusche macht.
Optional, zusätzlich oder alternativ zu den beschriebenen Aspekten kann eine Form eines Außenumfangs der Sicherungsnabe 140 ausgebildet sein, sodass durch eine Vorspanneinrichtung (z.B. Schlüssel, Mitnehmer) während oder vor einem Schieben der Sicherungsnabe 140 über das zweite Wellenteil 120 in die Sicherungsposition durch Verdrehen des zweiten Wellenteils 120 gegenüber dem ersten Wellenteil 110 über die Sicherungsnabe ein vordefiniertes Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil 110 und dem zweiten Wellenteil 120 erzeugbar ist. In anderen Worten, die Sicherungsnabe 140 kann dazu verwendet werden die beiden Wellenteile relativ zueinander zu verdrehen, um das vordefinierte Torsionsmoment aufzubringen. Dazu kann die Außenfläche der Sicherungsnabe 140 so geformt sein, dass ein entsprechendes Werkzeug verwendet werden kann, um das Torsionsmoment aufzubringen. Z.B. kann die Sicherungsnabe 140 eine Schlüsselfläche, eine Außenverzahnung, einen Mitnehmer oder eine Mitnehmerbohrung aufweisen.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Wellen-Nabenverbindung, die eine Welle nach dem zuvor beschriebenen Konzept oder nach einem oder mehreren der beschriebenen Ausführungsbeispiele und eine zumindest teilweise innenverzahnte Nabe (auch Hauptnabe genannt) umfasst. Die Nabe erstreckt sich über den ersten Wellenteil 110 und den zweiten Wellenteil 120 und ist mit beiden Wellenteilen 110, 120 verzahnt. Dabei ist ein vordefiniertes Torsionsmoment (größer Null) zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil vorhanden. Ferner erstreckt sich die Sicherungsnabe 130 an das axiale Ende der Nabe anschließend über den ersten Wellenteil 110.
Sowohl die Welle als auch die Nabe können weitere optionale, zusätzliche oder alternative Merkmale umfassen, die optionalen, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltungen entsprechen, die in Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Konzept oder einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurden.
3a–3e zeigen ein Beispiel einer Wellen-Naben-Verbindung zwischen einer Welle 300 eines Drehschwingungsdämpfers oder eines Torsionsschwingungsdämpfers und einer damit zu verbindenden Nabe 250. Der Aufbau der Welle 300 und der Nabe 250 entsprechen dabei im Wesentlichen jenen in 2a–2c.
4a–4e zeigen ein Beispiel einer Wellen-Naben-Verbindung zwischen einer Welle 400 eines Drehschwingungsdämpfers oder eines Torsionsschwingungsdämpfers und einer damit zu verbindenden Nabe 250. Der Aufbau der Welle 400 und der Nabe 250 entsprechen dabei im Wesentlichen jenem in 1. Zusätzlich weisen die beiden Wellenteile eine axiale Verzahnung auf, wie sie bereits zuvor beschrieben wurde. So weist der zweite Wellenteil 120 beispielsweise mehrere Nasen 422 auf, wie sie in 4a und 4e zu sehen sind. Ferner weist der erste Wellenteil 110 Nasen 412 an Stellen auf an denen der zweite Wellenteil 120 Ausnehmungen aufweist, wie es z.B. in 4d gezeigt ist.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Welle zum Verbinden mit einer Nabe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 umfasst ein Bereitstellen 510 eines ersten, zumindest teilweise, ausverzahnten Wellenteils und ein Bereitstellen 520 eines koaxial zu dem ersten Wellenteil angeordneten, zweiten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils. Dabei schließt sich der zweite Wellenteil in axialer Richtung an ein axiales Ende des ersten Wellenteils an den ersten Wellenteil an. Ferner umfasst das Verfahren 500 ein Bereitstellen 530 einer Drehfedereinrichtung, die den ersten Wellenteil mit dem zweiten Wellenteil verbindet und ausgebildet ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils gegenüber dem zweiten Wellenteil ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil zu erzeugen. Zusätzlich weist das Verfahren 500 ein Bereitstellen 540 einer zumindest teilweise innenverzahnten Sicherungsnabe auf, die entlang des ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird. Ferner erstreckt sich die Sicherungsnabe in der Sicherungsposition mit einem axialen Ende über das erste Wellenteil und mit einem zweiten axialen Ende über das zweite Wellenteil. Die Sicherungsnabe ist beim Verbinden der Welle mit einer Nabe durch die Nabe von der Sicherungsposition weg verschiebbar. Ferner umfasst das Verfahren 500 ein Erzeugen 550 eines vordefinierten Torsionsmoments zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil während oder vor einem Schieben der Sicherungsnabe über das zweite Wellenteil in die Sicherungsposition.
Das Verfahren 500 kann weitere optionale, zusätzliche oder alternative Verfahrensschritte umfassen, die optionalen, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltungen entsprechen, die in Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Konzept oder einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurden.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen 610 eines ersten, zumindest teilweise, ausverzahnten Wellenteils und ein Bereitstellen 620 eines koaxial zu dem ersten Wellenteil angeordneten, zweiten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils. Dabei schließt sich der zweite Wellenteil in axialer Richtung an ein axiales Ende des ersten Wellenteils an den ersten Wellenteil an. Ferner umfasst das Verfahren 600 ein Bereitstellen 630 einer Drehfedereinrichtung, die den ersten Wellenteil mit dem zweiten Wellenteil verbindet und ausgebildet ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils gegenüber dem zweiten Wellenteil ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil zu erzeugen. Zusätzlich weist das Verfahren 600 ein Bereitstellen 640 einer zumindest teilweise innenverzahnten Sicherungsnabe auf, die entlang des ersten Wellenteils und des zweiten Wellenteils axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird. Ferner erstreckt sich die Sicherungsnabe in der Sicherungsposition mit einem axialen Ende über das erste Wellenteil und mit einem zweiten axialen Ende über das zweite Wellenteil. Die Sicherungsnabe ist beim Verbinden der Welle mit einer Nabe durch die Nabe von der Sicherungsposition weg verschiebbar. Ferner umfasst das Verfahren 600 ein Bereitstellen 650 einer zumindest teilweise innenverzahnten Nabe und ein Aufschieben 660 der Nabe auf die Welle, sodass die Sicherungsnabe durch die Nabe aus der Sicherungsposition auf das zweite Wellenteil geschoben wird und sich die Nabe über das erste Wellenteil und das zweite Wellenteil erstreckt und mit beiden Wellenteilen verzahnt ist, sodass das vordefinierte Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil und dem zweiten Wellenteil vorhanden bleibt.
Das Verfahren 600 kann weitere optionale, zusätzliche oder alternative Verfahrensschritte umfassen, die optionalen, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltungen entsprechen, die in Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Konzept oder einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine verspannte Welle oder eine verspannte Wellen-Nabenverbindung. Durch eine Welle nach dem beschriebenen Konzept kann ein Fügespiel einer verzahnten Wellen-Nabenverbindung durch internes Verspannen der drehmomentführenden Welle vor der Montage eliminiert oder zumindest deutlich reduziert werden und die Vorspannung während und nach der Montage aufrechterhalten werden.
Eine Welle-Nabenverbindung kann durch die Verbindung von zwei verzahnten Wellen mit einer Torsionselastizität realisiert werden, welche vor der Endmontage gegeneinander verdreht (verspannt) werden und durch eine Sicherungsnabe fixiert werden. Die Verspannung muss somit nicht durch die Endmontage aufgebracht werden. Ein klauenförmiger axialer Übergriff (zum Beispiel zumindest eine Nase in einer entsprechenden Ausnehmung) kann dafür sorgen, dass während der Montage (Verschieben der Sicherungsnabe) die Verspannung erhalten bleibt und auf die Hauptnabe (zu verbindende Nabe) übergeführt wird.
Bei einer vorgeschlagenen Konstruktion kann die Welle mehrteilig ausgeführt sein und im Wesentlichen eine Hauptwelle (erster Wellenteil), die das Arbeitsmoment (zum Beispiel mehr als 70 %) überträgt, eine Drehfeder, die das Verspannmoment (Torsionsmoment) erzeugt, und eine Verdrehwelle (zweiter Wellenteil) aufweisen. Die beiden Wellen (erster Wellenteil und zweiter Wellenteil) können drehfest (zum Beispiel verpresst, gerändelt, verstemmt oder geklebt) mit der Drehfeder (Drehfedereinrichtung) verbunden sein. Die Hauptwelle und die Verdrehwelle können am Außendurchmesser die Gleiche, zur Nabe passende Außenverzahnung aufweisen.
Damit die Welle vorgespannt montiert werden kann, kann durch eine Vormontage die Verdrehwelle gegen die Hauptwelle mit einem gewünschten Vorspannmoment (vordefiniertes Torsionsmoment) verdreht und mittels einer Sicherungsnabe, die über die Trennstelle zwischen Haupt- und Verdrehwelle geschoben werden kann, gesichert werden. Die Sicherungsnabe und die drehmomentübertragende Hauptnabe können mindestens einen axialen klauenförmigen Übergriff aufweisen. Bei der Endmontage kann die Hauptnabe die Sicherungsnabe von der Trennstelle zwischen Haupt- und Verdrehwelle wegschieben. Die Länge des Übergriffs kann so gewählt sein, dass im Bereich der Wellentrennstelle, während des Verschiebens beider Naben in beiden Wellen gleichzeitig eingreifen und so das Verspannmoment von der Sicherungsnabe an die Hauptnabe übergeben werden kann. Das von der Drehfeder erzeugte Moment kann dann über die Hauptwelle auf die Hauptnabe, von der Hauptnabe auf die Verdrehwelle gestützt werden. Die Hauptnabe kann bei der weiteren Montage gegen die vom Vorspannmoment erzeugte Reibungskraft auf die Hauptwelle geschoben werden. Die Sicherungsnabe kann nun beispielsweise funktionslos sein und in der Konstruktion verbleiben. Bei der Demontage kann die Nabe gegen die Reibkraft abgezogen werden. Die Anordnung kann vielfach gefügt und gelöst werden, vor jedem neuen Fügen kann die Verdrehwelle gegen die Hauptwelle vorgespannt werden.
Das beschriebene Konzept bezieht sich beispielsweise auf eine Welle-Nabe-Verbindung, die über Aufstecken der Nabe auf die Welle gefügt werden kann, danach aber axial fixiert ist und bei der sich Welle und Nabe im Betrieb nicht gegeneinander verschieben müssen.
Beim Montieren können die Klauen ineinandergreifen und die Hauptnabe kann die Sicherungsnabe von der Trennstelle zwischen Haupt- und Verdrehwelle wegschieben, wobei die Länge des Übergriffs so gewählt werden kann, dass im Bereich der Wellentrennstelle, während des Verschiebens beide Naben in beide Wellen gleichzeitig eingreifen und so das Verspannmoment von der Sicherungsnabe an die Hauptnabe übergeben werden kann.
Die Verdrehwelle und die Drehfeder können beispielsweise einteilig ausgeführt sein. Ferner kann der axiale klauenförmige Übergriff auch in die Haupt- und in die Verdrehwelle eingebracht werden. Die Sicherungs- und die Hauptnaben können dann stirnseitig glatt ausgeführt werden. Optional kann die Drehfeder durch eine Spiraldrehfeder unterstützt werden, welche in den Bauraum um die Drehfeder herum eingebaut werden kann und sich mit ihren Enden drehfest je in der Haupt- und in der Verdrehwelle abstützt. Alternativ kann die zentrale Drehfeder durch eine Lagerachse für die Verdrehwelle ersetzt werden. Die Verdrehwelle kann dabei drehbar auf dem Zentralteil gelagert werden. Ferner kann die Sicherungsnabe ein Kunststoffteil sein, das durch die spezielle Ausprägung seiner Verzahnung spielfrei sein kann, sodass sie im montierten Zustand kein Spiel hat. Verspannwellen nach dem vorgeschlagenen Prinzip können beispielsweise bei allen verzahnten Wellen-Nabenverbindungen eingesetzt werden, bei denen im Betrieb keine oder nur geringe axiale Verschiebung zwischen Welle und Nabe nötig ist. (z.B. DWC-Kupplungen, Dual-Wet-Clutch). Optional kann die Sicherungsnabe durch ihre Gestaltung am Außendurchmesser so gestaltet sein (zum Beispiel Schlüsselflächen, Verzahnung, Mitnehmer oder Mitnehmerbohrung), dass mit ihr bei der Vormontage das Vorspannmoment aufgebracht werden kann. Bei kleinen Verspannwinkeln (Zum Beispiel etwa halber Verzahnungsteilungswinkel) und Verspannmomenten kann auf die Sicherungsnabe verzichtet werden und die Verspannung (Verdrehung) beim Montieren erzeugt werden. Die Hauptwelle und die Verdrehwelle können dabei um den Verspannwinkel versetzt verpresst werden, wobei die Hauptwelle dann Abschrägungen an der Stirnseite der Verzahnung aufweisen kann, um sicher eingefädelt werden zu können. Das Verdrehmoment kann bei der Montage durch externe Aufbringung mittels einer Montageeinrichtung aufgebracht werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Obwohl manche Aspekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details bzw. Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele präsentiert wurden, beschränkt ist.
Bezugszeichenliste

100: Welle
110: erster Wellenteil
120: zweiter Wellenteil
130: Drehfedereinrichtung
140: Sicherungsnabe
200: Welle
222: Nase der Sicherungsnabe
224: Ausnehmung der Sicherungsnabe
250: Nabe
252: Nase der Nabe
254: Ausnehmung der Nabe
300: Welle
400: Welle
412: Nase des ersten Wellenteils
422: Nase des zweiten Wellenteils
500: Verfahren zum Herstellen einer Welle
510: Bereitstellen eines ersten Wellenteils
520: Bereitstellen eines zweiten Wellenteils
530: Bereitstellen einer Drehfedereinrichtung
540: Bereitstellen einer Sicherungsnabe
550: Erzeugen eines vordefinierten Torsionsmoments
600: Verfahren zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe
610: Bereitstellen eines ersten Wellenteils
620: Bereitstellen eines zweiten Wellenteils
630: Bereitstellen einer Drehfedereinrichtung
640: Bereitstellen einer Sicherungsnabe
650: Bereitstellen einer Nabe
660: Aufschieben der Nabe auf die Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5836713 [0005]
US 3399549 [0006]
US 6408706 [0007]

Claims

Eine Welle (100, 200, 300, 400) zum Verbinden mit einer Nabe (250) mit folgenden Merkmalen: einem ersten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteil (110); einem koaxial zu dem ersten Wellenteil (110) angeordneten, zweiten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteil (120), wobei der zweite Wellenteil (120) in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils (110) an den ersten Wellenteil (110) anschließt; einer Drehfedereinrichtung (130), die den ersten Wellenteil (110) mit dem zweiten Wellenteil (120) verbindet und ausgebildet ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils (110) gegenüber dem zweiten Wellenteil (120) ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) zu erzeugen; und eine zumindest teilweise innenverzahnte Sicherungsnabe (140), die entlang des ersten Wellenteils (110) und des zweiten Wellenteils (120) axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird, wobei sich die Sicherungsnabe (140) in der Sicherungsposition mit einem ersten axialen Ende über das erste Wellenteil (110) erstreckt und mit einem zweiten axialen Ende über das zweite Wellenteil (120) erstreckt, wobei die Sicherungsnabe (140) beim Verbinden der Welle mit einer Nabe (250) durch die Nabe (250) von der Sicherungsposition weg verschiebbar ist.
Die Welle gemäß Anspruch 1, wobei der erste Wellenteil zumindest teilweise hohl ist und die Drehfedereinrichtung (130) zumindest teilweise in dem von dem ersten Wellenteil (110) gebildeten Hohlraum angeordnet ist.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehfedereinrichtung (130) eine die beiden Wellenteile (110, 120) verbindende Torsionsfeder umfasst.
Die Welle gemäß Anspruch 3, wobei die Torsionsfeder und das zweite Wellenteil (120) einteilig ausgeführt sind.
Die Welle gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Drehfedereinrichtung (130) zusätzlich eine Spiraldrehfeder umfasst, die sich um die Torsionsfeder erstreckt und mit ihren Enden mit den beiden Wellenteilen (110, 120) verdrehfest verbunden ist.
Die Welle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Drehfedereinrichtung (130) eine Lagerachse und eine Spiraldrehfeder umfasst, wobei der zweite Wellenteil (120) drehbar auf der Lagerachse gelagert ist und die Lagerachse verdrehfest mit dem ersten Wellenteil (110) verbunden ist, wobei sich die Spiraldrehfeder um die Lagerachse erstreckt und mit ihren Enden mit den beiden Wellenteilen (110, 120) verdrehfest verbunden ist.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Wellenteil (120) an einem axialen Ende der Welle angeordnet ist, wobei der erste Wellenteil ausgebildet ist, um nach Verbinden mit einer Nabe (250) im Vergleich zu dem zweiten Wellenteil (120) mehr als 70% einer maximal zu übertragenden Kraft aufzunehmen.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Wellenteil an einer axial dem zweiten Wellenteil (120) zugewandten Seite zumindest eine axiale Ausnehmung aufweist und der zweite Wellenteil (120) an einer dem ersten Wellenteil (110) zugewandten Seite zumindest eine entsprechende axiale Nase (422) aufweist, wobei die zumindest eine Nase (422) des zweiten Wellenteils (120) in die zumindest eine Ausnehmung des ersten Wellenteils (110) eingreift, wobei die Nase (422) zumindest teilweise die Außenverzahnung des zweiten Wellenteils (120) aufweist, sodass die Sicherungsnabe (140) in der Sicherungsposition in dem axialen Bereich der Ausnehmung und der Nase (422) mit beiden Wellenteilen (110, 120) über je einen Teil des Umfangs verzahnt ist.
Die Welle gemäß Anspruch 8, wobei die Nase (422) kleiner ist als die Ausnehmung, sodass der erste Wellenteil (110) gegenüber dem zweiten Wellenteil (120) verdrehbar ist, um ein Torsionsmoment zwischen den Wellenteilen (110, 120) zu erzeugen.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherungsnabe (140) an ihrem zweiten axialen Ende zumindest eine axiale Nase (222) aufweist, wobei sich die Innenverzahnung der Sicherungsnabe (140) auch über die Nase (222) erstreckt, sodass für die Sicherungsnabe (140) bei einem Verbinden der Welle mit einer zumindest einer die Nase (222) aufnehmenden axialen Ausnehmung (254) an einem axialen Ende aufweisenden Nabe (250) eine Position erreichbar ist, in der die Sicherungsnabe (140) mit der zumindest einen Nase (222) noch mit dem zweiten Wellenteil (120) verzahnt ist und die zu verbindende Nabe (250) mit einem der zumindest einen Ausnehmung (254) benachbarten Teil (252) bereits mit dem ersten Wellenteil (110) verzahnt ist.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherungsnabe (140) zumindest teilweise aus Kunststoff besteht und die Verzahnung der Sicherungsnabe (140) ausgebildet ist, sodass die Sicherungsnabe (140) nach einem Verbinden mit einer Nabe (250) spielfrei mit dem ersten Wellenteil (110) verbunden ist.
Die Welle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Form eines Außenumfangs der Sicherungsnabe (140) ausgebildet ist, sodass durch eine Vorspanneinrichtung während oder vor einem Schieben der Sicherungsnabe (140) über das zweite Wellenteil (120) in die Sicherungsposition durch Verdrehen des zweiten Wellenteils (120) gegenüber dem ersten Wellenteil (110) über die Sicherungsnabe (140) ein vordefiniertes Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) erzeugbar ist.
Eine Wellen-Nabenverbindung mit folgenden Merkmalen: einer Welle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine zumindest teilweise innenverzahnte Nabe (250), wobei sich die Nabe (250) über den ersten Wellenteil (110) und den zweiten Wellenteil (120) erstreckt und mit beiden Wellenteilen (110, 120) verzahnt ist, wobei ein vordefiniertes Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) vorhanden ist, wobei die Sicherungsnabe (140) sich an das axiale Ende der Nabe (250) anschließend zumindest über einen Teil des ersten Wellenteils (110) erstreckt.
Verfahren (500) zum Herstellen einer Welle zum Verbinden mit einer Nabe, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (510) eines ersten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils; Bereitstellen (520) eines koaxial zu dem ersten Wellenteil (110) angeordneten, zweiten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils, wobei der zweite Wellenteil (120) in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils (110) an den ersten Wellenteil (110) anschließt; Bereitstellen (530) einer Drehfedereinrichtung (130), die den ersten Wellenteil (110) mit dem zweiten Wellenteil (120) verbindet und ausgebildet ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils (110) gegenüber dem zweiten Wellenteil (120) ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) zu erzeugen; Bereitstellen (540) einer zumindest teilweise innenverzahnte Sicherungsnabe (140), die entlang des ersten Wellenteils (110) und des zweiten Wellenteils (120) axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird, wobei sich die Sicherungsnabe (140) in der Sicherungsposition mit einem ersten axialen Ende über das erste Wellenteil (110) erstreckt und mit einem zweiten axialen Ende über das zweite Wellenteil (120) erstreckt, wobei die Sicherungsnabe (140) beim Verbinden der Welle mit einer Nabe (250) durch die Nabe (250) von der Sicherungsposition weg verschiebbar ist; und Erzeugen (550) eines vordefinierten Torsionsmoments zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) während oder vor einem Schieben der Sicherungsnabe (140) über das zweite Wellenteil (120) in die Sicherungsposition.
Verfahren (600) zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe, mit folgenden Schritten: Bereitstellen (610) eines ersten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils; Bereitstellen (620) eines koaxial zu dem ersten Wellenteil (110) angeordneten, zweiten zumindest teilweise außenverzahnten Wellenteils, wobei der zweite Wellenteil (120) in axialer Richtung an einem axialen Ende des ersten Wellenteils (110) an den ersten Wellenteil (110) anschließt; Bereitstellen (630) einer Drehfedereinrichtung (130), die den ersten Wellenteil (110) mit dem zweiten Wellenteil (120) verbindet und ausgebildet ist, um bei Verdrehung des ersten Wellenteils (110) gegenüber dem zweiten Wellenteil (120) ein Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) zu erzeugen; Bereitstellen (640) einer zumindest teilweise innenverzahnte Sicherungsnabe (140), die entlang des ersten Wellenteils (110) und des zweiten Wellenteils (120) axial verschiebbar ist und dazu ausgebildet ist, um bei einem aufgebrachten vordefinierten Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) in eine Sicherungsposition gebracht zu werden, sodass das Torsionsmoment aufrechterhalten wird, wobei sich die Sicherungsnabe (140) in der Sicherungsposition mit einem ersten axialen Ende über das erste Wellenteil (110) erstreckt und mit einem zweiten axialen Ende über das zweite Wellenteil (120) erstreckt, wobei die Sicherungsnabe (140) beim Verbinden der Welle mit einer Nabe (250) durch die Nabe (250) von der Sicherungsposition weg verschiebbar ist; Bereitstellen (650) einer zumindest teilweise innenverzahnte Nabe (250); und Aufschieben (660) der Nabe (250) auf die Welle, sodass die Sicherungsnabe (140) durch die Nabe (250) aus der Sicherungsposition auf das erste Wellenteil (110) geschoben wird und sich die Nabe (250) über das erste Wellenteil (110) und das zweite Wellenteil (120) erstreckt und mit beiden Wellenteilen (110, 120) verzahnt ist, sodass ein vordefiniertes Torsionsmoment zwischen dem ersten Wellenteil (110) und dem zweiten Wellenteil (120) vorhanden bleibt.