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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenelement und einem Nabenelement gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Fahrzeugtechnik sind Welle-Naben-Verbindungen für Anwendungen in einem Getriebe bekannt. Die Verbindung wird neben einem Drehmoment auch durch ein Biegemoment, eine Querkraft und einer Axialkraft mit wechselnden Richtungen belastet. Um eine Wartung des Getriebes zu gewährleisten, ist die Verbindung lösbar ausgeführt. Beispielsweise kann zum Befestigen eines Nabenelements auf einem Wellenelement eine Schraubverbindung verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Gefahr im Rahmen von Elastizitäten und den dadurch bewirkten Bewegungen besteht, dass sich das Nabenelement von dem Wellenelement löst.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 101 32 318 A1 ist ein Einradtriebwerk für ein Flurförderfahrzeug bekannt. Das Einradtriebwerk umfasst ein Getriebegehäuse mit zwei Getriebestufen, einem angeflanschten Antriebsmotor und einem getriebenen Laufrad. Die erste Getriebestufe ist eine Stirnradverzahnung, die dem Antriebsmotor zugeordnet ist, während die zweite Getriebestufe eine Kegelradverzahnung umfasst, die dem Laufrad zugeordnet ist. Das Stirnrad ist drehfest mit einer Antriebswelle verbunden, die über eine Kegelradverzahnung das Laufrad antreibt. Als drehfeste nicht lösbare Welle-Naben-Verbindung ist eine zylindrische Pressverbindung zwischen der Antriebswelle und dem Stirnrad vorgesehen. Hierbei ergeben sich in nachteiliger Weise eine aufwändige Montage und eine nicht zerstörungsfreie Demontage, so dass ein mehrteiliges Getriebegehäuse unbedingt erforderlich ist. Des Weiteren ist aufgrund der wechselnden Lasten keine sichere Befestigung gewährleistet. Darüber hinaus ist der Einsatz einer Pressverbindung auf eine bestimmte Lageranordnung der Antriebswelle beschränkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine leichte Montage und Demontage ermöglicht wird und zudem eine spielfreie Befestigung zwischen Welle und Nabe jederzeit gewährleistet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Es wird eine Verbindungsanordnung zwischen zumindest einem Wellenelement und zumindest einem Nabenelement vorgeschlagen, die kraftschlüssig und lösbar miteinander verbunden sind. Die Verbindungsanordnung umfasst zumindest eine erste Schraubverbindung zum Aufbringen einer ersten Vorspannkraft mit einer ersten Gewindesteigungsrichtung und zumindest eine zweite Schraubverbindung zum Aufbringen einer zweiten Vorspannkraft mit einer der ersten Gewindesteigungsrichtung entgegengesetzten zweiten Gewindesteigungsrichtung.
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Die vorgeschlagene kraftschlüssige Verbindungsanordnung ermöglicht eine sichere spielfreie lösbare Verbindung zwischen Wellenelement und Nabenelement. Durch die Verwendung von zwei Schraubverbindungen ergeben sich ein Minimum an erforderlichen Bauteilen und eine besonders einfache Montage und Demontage sowie eine kostengünstige Herstellung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die vorgeschlagene Verbindungsanordnung bevorzugt bei einem Winkelgetriebe, welches zum Beispiel als Stirnrad-Kegelradgetriebe zum Antrieb eines Laufrades eines Flurförderfahrzeuges oder dergleichen ausgeführt ist, eingesetzt werden. Die vorgeschlagene Verbindungsanordnung ermöglicht eine spielfreie Verbindung, so dass Relativbewegungen zwischen dem Stirnrad und der Kegelritzelwelle im Betriebszustand sicher vermieden werden. Die Verbindungsanordnung ist aufgrund der verwendeten einfachen Schraubverbindungen leicht montier- und demontierbar, um entsprechende Inspektionen des Getriebes ohne weiteres durchführen zu können. Bei Bedarf können die verwendeten Schraubverbindungen zusätzlich zum Beispiel durch Klebstoff in den jeweiligen Gewindeabschnitten gesichert werden. Dadurch werden das Weiterziehmoment und das Lösemoment erhöht. Zur Demontage können die Bauteile erwärmt werden, wodurch die Wirkung des Klebstoffes reduziert wird.
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Unabhängig von den Ausführungsvarianten wird vorzugsweise die erste Schraubverbindung mit einem ersten Gewindeabschnitt zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement vorgesehen, wobei die zweite Schraubverbindung zwischen dem Wellenelement und einem Befestigungselement zum Beispiel als Befestigungsmutter, Befestigungsschraube oder dergleichen ausgeführt ist. Zur besseren Montage kann zwischen dem Wellenelement und dem Nabenelement eine Zentrierung beispielsweise durch einen kreiszylindrischen Abschnitt realisiert werden. Bevorzugt kann dieser Zentrierungsabschnitt benachbart zu einem der Gewindeabschnitte angeordnet sein.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine geschnittene Ansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer Verbindungsanordnung am Beispiel eines Winkelgetriebes eines Flurförderfahrzeuges;
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2 eine vergrößerte Teilansicht der ersten Ausführungsvariante gemäß 1; und
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3 eine vergrößerte Teilansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung als kraftschlüssige und lösbare Welle-Naben-Verbindung beispielhaft anhand eines Stirnrad-Kegelradgetriebes bei einem Einradtriebwerk eines Flurförderfahrzeuges dargestellt.
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Gemäß 1 umfasst das Einradtriebwerk ein Antriebsritzel 1 eines nicht weiter dargestellten Elektromotors, welches mit einem Stirnrad bzw. Nabenelement 2 in Eingriff. Das Stirnrad 2 ist über die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung drehfest mit einer Kegelritzelwelle bzw. einem Wellenelement 3 verbunden. Die Verbindungsanordnung zwischen dem Stirnrad 2 und der Kegelritzelwelle 3 ist an dem antriebsseitigen Ende der Kegelritzelwelle 3 in einem Getriebegehäuse 5 vorgesehen. An dem abtriebsseitigen Ende der Kegelritzelwelle 3 ist ein Kegelritzel 4 vorgesehen, welches mit einem Kegelrad 6 in Eingriff steht, welches wiederum das nicht weiter dargestellte Laufrad antreibt.
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Unabhängig von den Ausführungsvarianten wird die Verbindungsanordnung zwischen dem Wellenelement bzw. der Kegelritzelwelle 3 und dem Nabenelement bzw. Stirnrad 2 kraftschlüssig und lösbar verbunden, indem zumindest eine erste Schraubverbindung zum Aufbringen einer ersten Vorspannkraft mit einer ersten Gewindesteigungsrichtung und zumindest eine zweite Schraubverbindung zum Aufbringen einer zweiten Vorspannkraft mit einer der ersten Gewindesteigungsrichtung entgegengesetzten zweiten Gewindesteigungsrichtung vorgesehen sind.
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Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 und 2 weist die erste Schraubverbindung einen ersten Gewindeabschnitt als Außengewinde 7 an der Kegelritzelwelle 3 und als Innengewinde 8 an dem Innendurchmesser des Stirnrades 2 zum Aufbringen der ersten Vorspannkraft auf die Lageranordnung der Kegelritzelwelle 3 auf. Die zweite Schraubverbindung weist einen zweiten Gewindeabschnitt als Außengewinde 9 an der Kegelritzelwelle 3 und als Innengewinde 10 an einer Befestigungsmutter 12 zum Aufbringen der zweiten Vorspannkraft auf das Stirnrad 2 auf.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 3 ist die erste Schraubverbindung in ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsvariante gestaltet. Die zweite Schraubverbindung weist jedoch einen zweiten Gewindeabschnitt als Innengewinde 13 in einer Axialbohrung 14 an dem antriebsseitigen Ende der Kegelritzelwelle 3 und als Außengewinde 15 an einer Befestigungsschraube 16 zum Aufbringen der zweiten Vorspannkraft auf das Stirnrad 2 auf.
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Somit sind bei der zweiten Ausführungsvariante der erste Gewindeabschnitt und der zweite Gewindeabschnitt koaxial bezogen auf die Drehachse 17 der Kegelritzelwelle 3 zueinander ausgerichtet bzw. angeordnet.
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Unabhängig von den Ausführungsvarianten weist der Innendurchmesser des Stirnrades 2 in axialer Richtung einen zylindrischen Abschnitt 11 zum Zentrieren des auf der Kegelritzelwelle 3 zu befestigenden Stirnrades 2 auf.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung stellt somit eine Kombination aus zwei Schraubverbindungen dar, wobei die erste Schraubverbindung zum Beispiel die Gewindesteigungsrichtung links und die zweite Schraubverbindung die entgegengesetzte Gewindesteigungsrichtung rechts aufweist. Bei der Montage der Verbindung wird die erste Schraubverbindung mit einer höheren Vorspannkraft angezogen als die zweite Schraubverbindung, damit im ersten Gewindeabschnitt der ersten Schraubverbindung eine höhere Vorspannkraft erhalten bleibt. Dadurch ist die nach dem Anziehen der ersten Schraubverbindung belastete Gewindeflanke des ersten Gewindeabschnittes auch nach dem Anziehen der zweiten Schraubverbindung die belastete Gewindeflanke.
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Vor der Montage des Stirnrades 2 wird zunächst der Innenring des ersten Lagers 18 auf die Kegelritzelwelle 3 gepresst. Die Passscheiben 19 und 20 werden ermittelt und mit den Außenringen des ersten und zweiten Lagers 18 und 21 der Kegelritzelwelle 3 in das Getriebegehäuse 5 eingesetzt. Danach wird die Kegelritzelwelle 3 mit dem vormontierten Innenring des ersten Lagers 18 von unten in das Gehäuse 5 eingebaut. Anschließend können die Distanzhülse 22 und der Innenring des zweiten Lagers 21 der Kegelritzelwelle 3 eingebaut werden. Die Lage der Kegelritzelwelle 3 ist noch nicht in der Endposition, damit das Stirnrad 2 von der Seite in das Gehäuse 5 eingeführt werden kann. Das Stirnrad 2 wird auf die Kegelritzelwelle 3 über die erste Schraubverbindung geschraubt. Dabei kommen Kegelritzelwelle 3 und Stirnrad 2 mit dem ersten Gewindeabschnitt und der gemeinsamen Passung bzw. dem zylindrischen Abschnitt 11 zum Zentrieren des Stirnrades 2 in Wirkverbindung. Der erste Gewindeabschnitt hat bei diesem Beispiel die Steigungsrichtung links. Nun wird ein Anziehdrehmoment aufgebracht, welches in der Größenordnung des maximal übertragbaren Drehmomentes der Verbindungsanordnung liegt. Dadurch entsteht eine erste Vorspannkraft bzw. Druckspannung ausgehend von dem Stirnrad 2 auf den Innenring des zweiten Lagers 21, die Distanzhülse 22, den Innenring des ersten Lagers 18 und der Kegelritzelwelle 3. Eine Zugspannung in der Kegelritzelwelle 3 schließt den Spannungskreis. In axialer Richtung kommt das Stirnrad 2 mit dem Innenring des zweiten Lagers 21 in Kontakt, welcher seinerseits gegen die Distanzbuchse 22 gedrückt wird.
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Danach wird zur zusätzlichen Sicherung die zweite Schraubverbindung montiert, indem die Befestigungsmutter 12 bzw. die Befestigungsschrauben 16 auf die Ritzelwelle 3 bzw. in die Axialbohrung 14 der Ritzelwelle 3 geschraubt wird. Hierbei kommen die Ritzelwelle und die Befestigungsmutter 12 bzw. die Befestigungsschrauben 16 über den zweiten Gewindeabschnitt in Wirkverbindung. Der zweite Gewindeabschnitt hat eine dem ersten Gewindeabschnitt entgegengesetzte Gewindesteigungsrichtung bei diesem Beispiel also rechts. Die zweite Vorspannkraft, die durch den zweiten Gewindeabschnitt erzeugt wird, sollte geringer als die erste Vorspannkraft des ersten Gewindeabschnittes sein.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung wird demnach durch die erste Vorspannkraft und die zweite Vorspannkraft beeinflusst.
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Wenn das zu übertragene Drehmoment in Weiterdrehrichtung des ersten Gewindeabschnittes wirkt, wird eine Relativbewegung zwischen Kegelritzelwelle 3 und Stirnrad 2 verhindert, wenn das aufgebrachte Drehmoment geringer ist als das maximale Reibmoment zwischen dem zweiten Lager 21 und der Distanzhülse 22, dem Weitermoment des ersten Gewindeabschnittes und dem Gewindereibelement des zweiten Gewindeabschnittes beim Lösen.
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Wenn das zu übertragene Drehmoment in Löserichtung des ersten Gewindeabschnittes wirkt, wird eine Relativbewegung zwischen Kegelritzelwelle 3 und Stirnrad 2 verhindert, wenn das aufgebrachte Drehmoment geringer ist als das Drehmoment, bestehend aus dem maximalen Reibmoment zwischen zweitem Lager und Distanzhülse 22, dem Lösemoment des ersten Gewindeabschnittes und dem Moment, welches dem Minimum aus dem Gewindereibmoment des zweiten Gewindeabschnittes beim Weiteranziehen und dem maximalen Reibmoment zwischen der Befestigungsmutter 12 bzw. der Befestigungsschraube 16 und dem Stirnrad 2 entspricht.
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Unabhängig von der Drehrichtung des aufgebrachten Drehmoments wird das Weiterziehmoment des ersten bzw. zweiten Gewindeabschnittes mit dem Lösemoment des zweiten bzw. ersten Gewindeabschnittes kombiniert. Dadurch können in beide Drehrichtungen näherungsweise die gleichen Drehmomente übertragen werden. Außerdem wird der erste Gewindeabschnitt durch den zweiten Gewindeabschnitt gegen Lösen gesichert, da die Befestigungsmutter 12 bzw. die Befestigungsschraube 16 fest gezogen wird, wenn diese in diese Richtung des ersten Gewindeabschnittes bewegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsritzel
- 2
- Nabenelement bzw. Stirnrad
- 3
- Wellenelement bzw. Kegelritzelwelle
- 4
- Kegelritzel
- 5
- Getriebegehäuse
- 6
- Kegelrad
- 7
- Außengewinde des ersten Gewindeabschnittes
- 8
- Innengewinde des ersten Gewindeabschnittes
- 9
- Außengewinde des zweiten Gewindeabschnittes
- 10
- Innengewinde des zweiten Gewindeabschnittes
- 11
- zylindrischer Abschnitt
- 12
- Befestigungsmutter
- 13
- Innengewinde der Axialbohrung zweiter Gewindeabschnitt
- 14
- Axialbohrung
- 15
- Außengewinde der Befestigungsschraube zweiter Gewindeabschnitt
- 16
- Befestigungsschraube
- 17
- Drehachse der Kegelritzelwelle
- 18
- erstes Lager der Kegelritzelwelle
- 19
- Passscheibe
- 20
- Passscheibe
- 21
- zweites Lager der Kegelritzelwelle
- 22
- Distanzhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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