DE202013004236U1

DE202013004236U1 - Welle-Nabe-Verbindung

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Publication number: DE202013004236U1
Application number: DE202013004236U
Authority: DE
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2013-05-04
Filing date: 2013-05-04
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2023-05-05

Abstract

Welle-Nabe-Verbindung mit einem Wellenteil (1) und einem Nabenteil (2), wobei das Wellenteil (1) eine Innenverzahnung (3) mit mehreren Innenzähnen (a, b, c, d, e, f) und das Nabenteil (2) eine Außenverzahnung (4) mit mehreren Außenzähnen (5) zum Eingriff mit der Innenverzahnung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bauteile, nämlich das Wellenteil (1) und das Nabenteil (2), derart ausgebildet sind, dass in einer ersten Steckstellung der beiden Bauteile (1, 2) ein erstes Spiel (S1) und in wenigstens einer zweiten Steckstellung der beiden Bauteile ein zweites Spiel (S2) definiert ist, wobei die wenigstens zwei definierten Spiele (S1, S2) untereinander unterschiedlich sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Wellenteil und einem Nabenteil, wobei das Wellenteil eine Innenverzahnung mit mehreren Innenzähnen und das Nabenteil eine Außenverzahnung mit mehreren Außenzähnen zum Eingriff mit der Innenverzahnung aufweist.
Eine Welle-Nabe-Verbindung dieser Art ist bekannt und wird zur Übertragung von Drehmoment zwischen einer innenverzahnten Nabe und einer in die Nabe einsteckbaren außenverzahnten Welle verwendet. Solche Welle-Nabe-Verbindungen werden beispielsweise im Automobilbau, insbesondere im Bereich von Seitenwellen oder Längsantriebswellen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Aus der US 1,490,649 ist eine Verbindung zwischen einer Nabe und einer eingesteckten Welle bekannt, bei der die Außenverzahnung der Nabe und die Innenverzahnung der Welle ineinander greifen. Die Welle weist im Bereich der Kontaktfläche mit der Außenverzahnung der Nabe an ihrem freien Ende eine zentrale Bohrung mit einem Innengewinde auf. Weiterhin ist eine konisch zulaufende Mutter vorgesehen, die ein zu dem Innengewinde der zentralen Bohrung korrespondierendes Außengewinde trägt. Wird die Mutter in die Bohrung der Welle eingeschraubt, weitet sich der Durchmesser des mit der Nabe im Eingriff stehenden freien Endes der Welle. Durch die Veränderung des Wellendurchmessers kann der Anpressdruck zwischen der Welle und der Nabe verändert werden. Auf diese Weise ist eine Einstellung des Spiels zwischen der Welle und der Nabe möglich.
Als nachteilig wird empfunden, dass bei der aus der US 1,490,649 bekannten Verbindung ein zusätzliches Hilfsmittel in Form der Mutter notwendig ist, um das Spiel zwischen der Welle und der Nabe zu verändern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung vorzuschlagen, die auf einfache Weise und ohne zusätzliche Hilfsmittel eine Einstellung des Spiels zwischen einer Welle und einer Nabe ermöglicht.
Die Lösung hierfür besteht in einer Welle-Nabe-Verbindung, bei der beide Bauteile, nämlich das Wellenteil und das Nabenteil, derart ausgebildet sind, dass in einer ersten Steckstellung der beiden Bauteile ein erstes Spiel und in wenigstens einer zweiten Steckstellung der beiden Bauteile ein zweites Spiel definiert ist, wobei die wenigstens zwei definierten Spiele untereinander unterschiedlich sind. Somit können die beiden Bauteile relativ zueinander in wenigstens zwei unterschiedlichen Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden, wobei sich erfindungsgemäß das Spiel in der ersten Steckstellung von dem wenigstens zweiten Spiel in der zweiten Steckstellung unterscheidet. Auf diese Weise kann das Spiel zwischen den beiden Bauteilen durch Variierung zwischen den möglichen Steckstellungen ohne weitere Hilfsmittel angepasst werden. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Zahnform beschränkt, so dass verschiedene Profile bzw. Zahnformen, insbesondere Keilprofile, Geradverzahnungen, Evolventenverzahnungen oder Poligonverzahnungen, möglich sind. Die Welle-Nabe-Verbindung eignet sich insbesondere für den allgemeinen Maschinenbau oder die Fahrzeugtechnik und kann unter anderem für feste Wellen-Nabe-Verbindungen oder Schiebeverzahnungen eingesetzt werden, beispielsweise für Lenkungs-, Getriebe-, Differenzial-, Seiten- und Längswellen.
Vorteilhafterweise ist zumindest eine dritte Steckstellung vorgesehen, in der ein drittes definiertes Spiel größer ist als das erste und das zweite definierte Spiel. Dies gewährleistet, dass die Welle und die Nabe in zumindest drei unterschiedlichen Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können, so dass durch Einstellen der verschiedenen Steckstellungen ein definiertes Spiel eingestellt werden kann. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die Welle-Nabe-Verbindung derart auszugestalten, dass mehr als nur drei Steckstellungen möglich sind, wobei es zweckmäßig sein kann, dass sich die Spiele in jeder der Steckstellungen voneinander unterscheiden.
Bevorzugter Weise ist zumindest eines der definierten Spiele zumindest annähernd gleich Null. Somit wird in zumindest einer der Steckstellungen eine weitestgehend spielfreie Verbindung zwischen der Welle und der Nabe ermöglicht.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bauteile nur in einer vorgegebenen Anzahl von Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können, und dass die Spiele Flankenspiele sind, so dass sich ein erstes definiertes Flankenspiel zwischen einer Zahnflanke eines der Außenzähne mit einer Zahnflanke eines der Innenzähne in der ersten Steckstellung von wenigstens einem zweiten definierten Flankenspiel zwischen dieser Zahnflanke desselben Außenzahns mit einer Zahnflanke eines der anderen Innenzähne in der zweiten Steckstellung unterscheidet. Durch das Ineinandergreifen der Welle in die Nabe in unterschiedlichen Steckstellungen kann auf einfache Art und Weise das Flankenspiel der Welle-Nabe-Verbindung vorgegeben werden.
Zweckmäßigerweise ist zumindest in der dritten Steckstellung ein drittes definiertes Flankenspiel zwischen dieser Zahnflanke desselben Außenzahns mit einer Zahnflanke eines der weiteren Innenzähne vorgesehen, das größer ist als das erste und das zweite definierte Flankenspiel.
Weiterhin können zwischen den Außenzähnen der Außenverzahnung ausgebildete Zahnlücken zumindest teilweise untereinander unterschiedliche Zahnlückenweiten bei einer gleichen Teilung aufweisen. Durch die Veränderung der Zahnlückenweiten bei gleicher Teilung, d. h. der Abstand von Außenzahnmitte zu Außenzahnmitte auf einem Teilkreis des Nabenteils ist konstant, kann das sich ergebende Flankenspiel einer Paarung von Zahnlücke der Außenverzahnung und Innenzahn der Innenverzahnung vorgegeben werden.
Vorteilhafterweise bilden jeweils eine vorgegebene Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Zahnlücken der Außenverzahnung eine Zahnlückenreihe, wobei sich die Zahnlückenweiten jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnlücken um denselben Betrag ändern. Weiterhin können jeweils 12, 6, 4, 3 oder 2 der Zahnlücken der Außenverzahnung die Zahnlückenreihe bilden. Zweckmäßigerweise ändern sich die Zahnlückenweiten jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnlücken der Außenverzahnung der wenigstens einen Zahnlückenreihe um denselben Betrag von 0,01 mm bis 0,1 mm. Des Weiteren können zumindest die sich diametral gegenüberliegenden Zahnlücken der Außenverzahnung gleiche Zahnlückenweiten aufweisen.
Vorteilhafterweise können die Innenzähne der Innenverzahnung zumindest teilweise untereinander unterschiedliche Zahnweiten bei einer gleichen Teilung aufweisen. Zweckmäßigerweise bilden jeweils 12, 6, 4, 3 oder 2 der Innenzähne der Innenverzahnung die wenigstens eine Zahnreihe. Weiterhin können sich die Zahnweiten jeweils zwischen zwei benachbarten Innenzähnen der Innenverzahnung der wenigstens einen Zahnreihe um denselben Betrag von 0,01 mm bis 0,1 mm ändern, beispielsweise 0,05 mm. Auf diese Weise lassen sich Welle-Naben-Verbindungen mit bis zu zwölf möglichen Drehpositionen ausgestalten. Bevorzugter Weise entspricht die Anzahl der Zahnlücken der wenigstens einen Zahnlückenreihe der Außenverzahnung der Anzahl der Innenzähne der wenigstens einen Zahnreihe der Innenverzahnung. Weiterhin können die Anzahl der Zahnlückenreihen und die Anzahl der Zahnreihen übereinstimmen. Somit kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass sich das Flankenspiel zwischen jeder Steckstellung um einen vorgegebenen Betrag ändert. Auf diese Weise können eine Welle und eine Nabe miteinander in Eingriff gebracht werden, bei denen das Flankenspiel zwischen den einzelnen Steckstellungen beispielsweise schrittweise um 0,1 mm beginnend bei annähernd 0,0 mm bis zu 1,0 mm einstellbar ist.
Weiterhin weisen zumindest die sich diametral gegenüberliegenden Innenzähne der Innenverzahnung gleiche Zahnweiten auf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann sich ein Teilkreis der Welle von einem Teilkreis der Nabe derart unterscheiden, dass die beiden Bauteile nur in einer vorgegebenen Anzahl von Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können, wobei der maximale Durchmesser des Teilkreises der Welle kleiner oder gleich dem maximalen Durchmesser des Teilkreises der Nabe ist, und wobei die Spiele Flankenspiele sind, und wobei sich ein erstes definiertes Flankenspiel zwischen einer Zahnflanke eines der Außenzähne mit einer Zahnflanke eines der Innenzähne in der ersten Steckstellung von wenigstens einem zweiten definierten Flankenspiel zwischen dieser Zahnflanke desselben Außenzahns mit einer Zahnflanke eines der anderen Innenzähne in der zweiten Steckstellung unterscheidet. Aufgrund der unterschiedlichen Ausgestaltung der beiden Teilkreise kann das Flankenspiel zwischen wenigstens zwei Steckstellungen verändert werden.
In vorteilhafter Weise ist zumindest in der dritten Steckstellung ein drittes definiertes Flankenspiel zwischen dieser Zahnflanke desselben Außenzahns mit einer Zahnflanke eines der weiteren Innenzähne vorgesehen, das größer ist als das erste und das zweite definierte Flankenspiel.
Weiterhin kann wenigstens einer der beiden Teilkreise unrund ausgebildet sein. Bevorzugter Weise kann wenigstens einer der beiden Teilkreise elliptisch, trilobförmig oder quadratisch ausgebildet sein. Auf diese Weise greifen zumindest ein Teil der Innenzähne der Innenverzahnung in den wenigstens zwei Steckstellungen unterschiedlich tief in die Zahnlücken der Außenverzahnung, so dass das Flankenspiel zwischen den einzelnen Steckstellungen einstellbar ist.
Zweckmäßigerweise weisen zwischen den Außenzähnen der Außenverzahnung ausgebildete Zahnlücken eine gleiche Zahnlückenweite auf. Weiterhin können die Innenzähne der Innenverzahnung eine gleiche Zahnweite aufweisen. Derart ausgestaltete Wellen bzw. Naben sind einfacher herzustellen.
Des Weiteren kann die Anzahl der Außenzähne der Außenverzahnung größer als die oder gleich der Anzahl der Innenzähne der Innenverzahnung sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben. Hierin zeigt:
1 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt in zwei unterschiedlichen Drehrichtungen;
2 eine Nabe der Welle-Nabe-Verbindung aus 1;
3 eine Welle der Welle-Nabe-Verbindung aus 1;
4 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in einer ersten Steckstellung;
5 eine vergrößerte Teilansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 4;
6 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in einer zweiten Steckstellung, wobei der Übersichtlichkeit halber die Welle und die Nabe nebeneinander dargestellt sind;
7 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in der in 6 dargestellten zweiten Steckstellung;
8 eine vergrößerte Teilansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 7;
9 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in einer dritten Steckstellung, wobei der Übersichtlichkeit halber die Welle und die Nabe nebeneinander dargestellt sind;
10 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in der in 9 dargestellten dritten Steckstellung;
11 eine vergrößerte Teilansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 10;
12 eine Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 1 in der dritten Steckstellung;
13 eine Schnittansicht einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
14 eine vereinfachte Schnittansicht einer Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer dritten Ausführungsform in einer ersten Steckstellung;
15 einen Teilkreis einer Nabe und einen Teilkreis einer Welle der Welle-Nabe-Verbindung aus 14 in der ersten Steckstellung;
16 eine vereinfachte Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 14 in einer zweiten Steckstellung;
17 den Teilkreis der Nabe und den Teilkreis der Welle der Wellen-Nabe-Verbindung aus 16 in der zweiten Steckstellung;
18 eine vereinfachte Schnittansicht der Welle-Nabe-Verbindung aus 14 in einer dritten Steckstellung;
19 den Teilkreis der Nabe und den Teilkreis der Welle der Welle-Nabe-Verbindung aus 18 in der dritten Steckstellung;
20 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Anstieg der Zahnweite über alle Zähne;
21 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Anstieg der Zahnweite in zwei Stufen;
22 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Anstieg der Zahnweite in drei Stufen;
23 eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Anstieg der Zahnweite in vier Stufen;
24 eine erfindungsgemäße Gelenkanordnung mit einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung im Längsschnitt; und
25 die Gelenkanordnung nach 24 im Querschnitt durch die Welle-Nabe-Verbindung.
Die 1 bis 12 zeigen eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Welle-Nabe-Verbindung dient in an sich bekannter Weise zur Übertragung von Drehmoment. Die Welle-Nabe-Verbindung weist eine Welle 1 und eine Nabe 2 auf, wobei die Welle 1 eine Innenverzahnung 3 mit mehreren Innenzähnen a, b, c, d, e, f und die Nabe 2 eine Außenverzahnung 4 mit mehreren Außenzähnen 5 zum Eingriff mit der Innenverzahnung 3 aufweist. Die beiden Bauteile, nämlich die Welle 1 und die Nabe 2, sind derart ausgebildet, dass sie hier nur in drei Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können.
In 2 ist die Nabe 2 der Übersichtlichkeit halber ohne die eingesteckte Welle 1 dargestellt. Sechs zwischen den Außenzähnen 5 der Außenverzahnung 4 in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Zahnlücken A, F, E, D, C, B der Nabe 2 bilden jeweils eine Zahnlückenreihe, wobei sämtliche Zahnlücken A, F, E, D, C, B innerhalb der Zahnlückenreihe untereinander unterschiedliche Zahnlückenweiten WA aufweisen. Hier umfasst die Nabe 2 zwei gleiche Zahnlückenreihen. Somit weist die Nabe 2 zwölf Außenzähne 5 sowie entsprechend zwölf Zahnlücken A, F, E, D, C, B auf, wobei die sich diametral gegenüberliegenden Zahnlücken A, F, E, D, C, B der Außenverzahnung 4 jeweils die gleiche Zahnlückenweite WA besitzen. In 2 ist gut erkennbar, dass der jeweilige Abstand zwischen einer Außenzahnmitte 6 und einer benachbarten Außenzahnmitte 7 auf einem Teilkreis X der Nabe 2 konstant ist.
Die Zahnlückenweiten WA der Nabe 2 weisen hier exemplarisch folgende Zahnlückenweiten WA auf:
WA_A = 1,2 mm
WA_F = 1,3 mm
WA_E = 1,4 mm
WA_D = 1,5 mm
WA_C = 1,6 mm
WA_B = 1,7 mm
In 3 ist ebenfalls der Übersichtlichkeit halber die Welle 1 ohne die aufgesteckte Nabe 2 dargestellt. Sechs der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Innenzähne a, f, e, d, c, b der Welle 1 bilden jeweils eine Zahnreihe, wobei sämtliche Innenzähne a, f, e, d, c, b innerhalb der Zahnreihe untereinander unterschiedliche Zahnweiten wi aufweisen. Hier umfasst die Welle 1 zwei gleiche Zahnreihen. Somit weist die Welle 1 zwölf Innenzähne a, f, e, d, c, b auf, wobei die sich diametral gegenüberliegenden Innenzähne a, f, e, d, c, b der Innenverzahnung 3 jeweils die gleiche Zahnweite wi besitzen. In 3 ist gut erkennbar, dass der jeweilige Abstand zwischen einer Innenzahnmitte 8 und einer benachbarten Innenzahnmitte 9 auf einem Teilkreis Y der Welle 1 konstant ist.
Die Zahnweiten wi der Welle 1 weisen hier exemplarisch folgende Zahnweiten wi auf:
wi_a = 1,0 mm
wi_f = 1,1 mm
wi_e = 1,2 mm
wi_d = 1,3 mm
wi_c = 1,4 mm
wi_b = 1,5 mm
In den 1, 4 und 5 ist die Welle-Nabe-Verbindung in der ersten Steckstellung dargestellt. Lediglich zur Verdeutlichung der gewählten Steckstellung ist in den 1 und 4 der in der ersten Steckstellung in der Zwölfuhr-Position angeordnete Innenzahn a schwarz ausgefüllt. In der ersten Steckstellung ergibt sich ein erstes definiertes Flankenspiel S₁ zwischen einer Zahnflanke 10 der in der Sechsuhr-Position angeordneten Zahnlücke A der Nabe 2 und einer Zahnflanke 11 des in die Zahnlücke A eingreifenden Innenzahns a der Welle 1. Das Flankenspiel S₁ beträgt hier 0,2 mm und ist bei der konkreten Ausgestaltung der Welle-Nabe-Verbindung bei allen zwölf Paarungen von den Außenzahnlücken A, F, E, D, C, B und den in der ersten Steckstellung eingreifenden Innenzähnen a, f, e, d, c, b gleich. Wie in 1 dargestellt, resultiert unabhängig von der Drehrichtung der Welle ein Drehspiel α gemäß α = arctan 2 × (Flankenspiel S₁/Durchmesser Teilkreis DT).
Im Ergebnis wird in der ersten Steckstellung Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 über alle Paarungen übertragen.
In den 6 bis 8 ist die Welle-Nabe-Verbindung in der zweiten Steckstellung dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Steckstellung ist die Welle 1 gegenüber der Nabe 2 in Richtung des Pfeils M um eine Position weiter gesteckt, wie an dem hier nur zur Verdeutlichung der eingenommenen Steckposition schwarz eingefärbten Innenzahn a zu erkennen ist. In der zweiten Steckstellung ergibt sich ein zweites definiertes Flankenspiel S₂ zwischen der derselben Zahnflanke 10 der in der Sechsuhr-Position angeordneten Zahnlücke A der Nabe 2 und einer Zahnflanke 12 des nun in die Zahnlücke A eingreifenden Innenzahns f der Welle 1. Das Flankenspiel S₂ beträgt hier 0,1 mm und ist bis auf bei den beiden Paarungen der Zahnlücken B mit den eingreifenden Innenzähnen a überall gleich 0,1 mm. Das Flankenspiel der Paarungen der Zahnlücken B mit den eingreifenden Innenzähnen a ist gleich 0,7 mm. Somit wird Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 über insgesamt zehn von hier maximal zwölf Paarungen übertragen.
Im Gegensatz zu der ersten Steckstellung ergibt sich somit in der zweiten Steckstellung ein um 0,1 mm geringeres definiertes Flankenspiel S₂.
In den 9 bis 11 ist die Welle-Nabe-Verbindung in der dritten Steckstellung dargestellt. Im Unterschied zu der zweiten Steckstellung ist die Welle 1 in Richtung des Pfeils M wiederum um eine Position weiter gesteckt, wie an dem hier nur zur Verdeutlichung der eingenommenen Steckposition schwarz eingefärbten Innenzahn a zu erkennen ist. In der dritten Steckstellung ergibt sich ein drittes definiertes Flankenspiel S₃ zwischen der derselben Zahnflanke 10 der in der Sechsuhr-Position angeordneten Zahnlücke A der Nabe 2 und einer Zahnflanke 13 des nun in die Zahnlücke A eingreifenden Innenzahns e der Welle 1. Das Flankenspiel S₃ beträgt hier 0,0 mm und ist bis auf bei den Paarungen der Zahnlücken B bzw. C mit den eingreifenden Innenzähnen f bzw. a überall gleich 0,0 mm. In der dritten Steckstellung ist das Flankenspiel in den Paarungen der Zahnlücken B bzw. C mit den eingreifenden Innenzähnen f bzw. a gleich 0,6 mm. Somit wird Drehmoment der Welle 1 auf die Nabe 2 über insgesamt acht von hier maximal zwölf Paarungen spielfrei übertragen.
Im Gegensatz zu der ersten bzw. zweiten Steckstellung ergibt sich somit in der dritten Steckstellung ein um 0,2 mm bzw. 0,1 mm geringeres minimales Flankenspiel.
In 12 ist das sich in der dritten Steckstellung ergebende Drehspiel α der Welle-Nabe-Verbindung dargestellt, dass aufgrund der spielfreien Übertragung von Drehmoment in 2/3 der möglichen Paarungen Null ist.
Bei allen drei Steckstellungen wird immer über mehr als 50% der Paarungen Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 übertragen.
Weitere Steckstellungen sind hier mit der Welle-Nabe-Verbindung nicht möglich, da in den anderen neun denkbaren Stellungen stets wenigstens einer der Innenzähne a, b, c, d, e, f der Innenverzahnung 3 wenigstens einer der Zahnlücken A, B, C, D, E, F der Außenverzahnung 4 gegenübersteht, die eine geringere Zahnlückenweite WA als die Zahnweite wi des Innenzahns a, b, c, d, e, f aufweist.
In 13 ist eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Der Grundaufbau entspricht dabei der Welle-Nabe-Verbindung gemäß der ersten Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Im Unterschied zu der Welle-Nabe-Verbindung gemäß der ersten Ausführungsform ist die Anzahl der Außenzähne 5 der Außenverzahnung 4 der Nabe 2 bei dieser Welle-Nabe-Verbindung größer als die Anzahl der Innenzähne a, c, e der Innenverzahnung 3 der Welle 1. Je nach Steckstellung ergeben sich hier analog zu der ersten Ausführungsform unterschiedliche definierte Flankenspiele.
In den 14 bis 19 ist eine Welle-Nabe-Verbindung gemäß einer dritten Ausführungsform in vereinfachter Schnittdarstellung gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber wurde auf die Schraffierungen der Welle 1 und der Nabe 2 verzichtet. Der Grundaufbau entspricht der Welle-Nabe-Verbindung gemäß der ersten Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weisen die Welle 1 und die Nabe 2 jeweils einen elliptischen Querschnitt auf.
In den 14 und 15 ist die Welle-Nabe-Verbindung in einer ersten Steckstellung gezeigt, wie an einem hier nur zur Verdeutlichung der eingenommenen Steckposition schwarz eingefärbten Innenzahn a der Innenverzahnung 3 in der Zwölfuhr-Position zu erkennen ist. Zur Verdeutlichung der Wirkweise sind in 15 nur ein Teilkreis T₁ der Welle 1 und ein Teilkreis T₂ der Nabe 2 wiedergegeben. Erkennbar ist, dass eine Hauptachse H₂ des Teilkreises T₂ der Nabe 2 größer ist als eine Hauptachse H₁ des Teilkreises T₁ der Welle 1. In der ersten Steckstellung liegen die beiden Hauptachsen H₁, H₂ übereinander und der Abstand der beiden Teilkreise T₁, T₂ zueinander ist in Umfangsrichtung konstant. Somit ergibt sich für alle Paarungen zwischen der Außenverzahnung 4 und Innenverzahnung 3 ein gleiches Flankenspiel. Somit wird Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 über alle Paarungen übertragen.
In den 16 und 17 ist die Welle-Nabe-Verbindung in einer zweiten Steckstellung dargestellt. Im Unterschied zu der ersten Steckstellung ist die Welle 1 gegenüber der Nabe 2 entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung um eine Position weiter gesteckt, wie an dem hier nur zur Verdeutlichung der eingenommenen Steckposition schwarz eingefärbten Innenzahn a der Innenverzahnung 3 in der Elfuhr-Position zu erkennen ist.
In 17 ist gut erkennbar, dass durch die Drehung des Teilkreises T₁ der Welle 1 gegenüber dem Teilkreis T₂ der Nabe 2 der Abstand der beiden Teilkreise T₁, T₂ im Bereich der Zehn- und Elfuhr- sowie Vier- und Fünfuhr-Positionen minimal ist. In diesen Bereichen greift die Innenverzahnung 3 tiefer in die Außenverzahnung 4 als in den anderen Bereichen, so dass sich für diese Paarungen ein im Vergleich zu der ersten Steckstellung geringeres Flankenspiel einstellt. Über diese Paarungen wird Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 übertragen.
In den 18 und 19 ist die Welle-Nabe-Verbindung in einer dritten Steckstellung dargestellt. Im Unterschied zu der zweiten Steckstellung ist die Welle 1 wiederum entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung um eine Position weiter gesteckt, wie an dem hier nur zur Verdeutlichung der eingenommenen Steckposition schwarz eingefärbten Innenzahn a der Innenverzahnung 3 in der Zehnuhr-Position zu erkennen ist.
In 19 ist gut erkennbar, dass durch die Drehung des Teilkreises T₁ der Welle 1 gegenüber dem Teilkreis T₂ der Nabe 2 der Abstand der beiden Teilkreise T₁, T₂ im Bereich der Zehn- und Vieruhr-Positionen annähernd Null ist. In diesem Bereich greift die Innenverzahnung 3 spielfrei in die Außenverzahnung 4. Über diese Paarungen wird Drehmoment von der Welle 1 auf die Nabe 2 übertragen.
Die 20 bis 23 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Sie zeigen weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungen. Diese entsprechen weitestgehend den Welle-Nabe-Verbindungen gemäß den 1 bis 12 auf deren Beschreibungen hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der Anzahl der Zahnreihen der Innen- und Außenverzahnungen. 20 zeigt eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Anstieg der Zahnweite über alle Zähne. Die Zahnweiten von zwei jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen bzw. Zahnlücken steigen von Zahn zu Zahn in kleinen Schritten von 0,01 mm an. Bei der Ausführungsform gemäß 21 sind zwei Zahnreihen vorgesehen. Dabei steigen die Zahnweiten in zwei Stufen verteilt in Schritten von 0,01 mm an. Bei der Ausführungsform gemäß 22 sind drei Zahnreihen vorgesehen. Dabei steigen die Zahnweiten von Zahn zu Zahn in drei Stufen jeweils in Schritten von 0,01 mm an. Bei der Ausführungsform gemäß 23 sind vier Zahnreihen vorgesehen. Dabei steigen die Zahnweiten von Zahn zu Zahn in vier Stufen jeweils in Schritten von 0,01 mm an. Die Teilung P zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen ist stets gleich. Es versteht sich, dass auch von dem Maß von 0,01 mm abweichende Stufen denkbar sind.
Die 24 und 25 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Sie zeigen eine erfindungsgemäße Gelenkanordnung mit einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung. Die Gelenkanordnung umfasst ein Gleichlaufdrehgelenk 14 mit einem Gelenkaußenteil 15 mit äußeren Kugelbahnen 16, ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen 17, drehmomentübertragenden Kugeln 18, die jeweils in einem Bahnpaar aus einer äußeren und einer inneren Kugelbahn 16, 17 geführt sind, und einen Kugelkäfig 19 mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln 18 gehalten sind.
Das Gelenkinnenteil bildet das Nabenteil 2 der Welle-Nabe-Verbindung. Eine in das Gelenkinnenteil zur Drehmomentübertragung eingesteckte Gelenkwelle bildet das Wellenteil 1 der Welle-Nabe-Verbindung. Es ist in 24 erkennbar, dass die Verzahnung zwischen Welle 1 und Nabe 2 in Form einer Helixverzahnung gestaltet ist, das heißt die Zähne der Innen- und Außenverzahnung 3, 4 verlaufen in Radialansicht winklig zur Längsachse des Nabenteils 2. Der Querschnitt der Welle-Nabe-Verbindung ist in 25 gezeigt. Es ist erkennbar, dass die vorliegende Verzahnung im Querschnitt derjenigen gemäß der Ausführungsform nach 1 bis 12 entspricht. Es versteht sich, dass auch jede der übrigen Welle-Nabe-Verbindungen gemäß den 13 bis 23 mit entsprechend helixförmigen Verzahnungen ausgestaltet sein kann. Ebenso ist es auch denkbar, dass die Welle-Nabe-Verbindung zwischen Gelenkinnenteil und Wellenzapfen durch eine gerade Verzahnung nach einer der Ausführungsformen gemäß den 1 bis 23 gestaltet ist.
Allen vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungen ist gemein, dass das Wellenteil 1 und das Nabenteil 2 so gestaltet sind, in unterschiedlichen Steckstellungen bzw. Drehstellungen der beiden Bauteile zueinander unterschiedliches Drehspiel vorhanden ist. Somit kann das Drehspiel zwischen den beiden Bauteilen durch entsprechende Auswahl der Drehposition ohne weitere Hilfsmittel bedarfsweise eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Nabe
3: Innenverzahnung
4: Außenverzahnung
5: Außenzahn
6: Außenzahnmitte
7: Außenzahnmitte
8: Innenzahnmitte
9: Innenzahnmitte
10: Außenzahnflanke
11: Innenzahnflanke
12: Innenzahnflanke
13: Innenzahnflanke
14: Gleichlaufdrehgelenk
15: Gelenkaußenteil
16: äußere Kugelbahn
17: innere Kugelbahn
18: Kugel
19: Kugelkäfig
α: Drehspiel
a, b, c, d, e, f: Innenzähne
A, B, C, D, E, F: Außenzahnlücken
DT: Durchmesser Teilkreis
H₁: Hauptachse des Teilkreises der Welle
H₂: Hauptachse des Teilkreises der Nabe
M: Pfeil
S: Flankenspiel
T₁: Teilkreis Welle
T₂: Teilkreis Nabe
wi: Innenzahnweite
WA: Außenzahnlückenweite
X: Teilkreis Nabe
Y: Teilkreis Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 1490649 [0003, 0004]

Claims

Welle-Nabe-Verbindung mit einem Wellenteil (1) und einem Nabenteil (2), wobei das Wellenteil (1) eine Innenverzahnung (3) mit mehreren Innenzähnen (a, b, c, d, e, f) und das Nabenteil (2) eine Außenverzahnung (4) mit mehreren Außenzähnen (5) zum Eingriff mit der Innenverzahnung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bauteile, nämlich das Wellenteil (1) und das Nabenteil (2), derart ausgebildet sind, dass in einer ersten Steckstellung der beiden Bauteile (1, 2) ein erstes Spiel (S₁) und in wenigstens einer zweiten Steckstellung der beiden Bauteile ein zweites Spiel (S₂) definiert ist, wobei die wenigstens zwei definierten Spiele (S₁, S₂) untereinander unterschiedlich sind.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dritte Steckstellung vorgesehen ist, in der ein drittes definiertes Spiel (S₃) größer ist als das erste und zweite definierte Spiel (S₁, S₂).
Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der definierten Spiele (S₁, S₂, S₃) größer gleich Null ist.
Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) derart ausgebildet sind, dass sie nur in einer vorgegebenen Anzahl von Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können, und dass die Spiele Flankenspiele (S₁, S₂) sind, so dass sich ein erstes definiertes Flankenspiel (S₁) zwischen einer Zahnflanke (10) eines der Außenzähne (5) mit einer Zahnflanke (11) eines der Innenzähne (a, b, c, d, e, f) in der ersten Steckstellung von wenigstens einem zweiten definierten Flankenspiel (S₂) zwischen dieser Zahnflanke (10) desselben Außenzahns (5) mit einer Zahnflanke (12) eines der anderen Innenzähne (a, b, c, d, e, f) in der zweiten Steckstellung unterscheidet.
Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der dritten Steckstellung ein drittes definiertes Flankenspiel (S₃) zwischen dieser Zahnflanke (10) desselben Außenzahns (5) mit einer Zahnflanke (13) eines der weiteren Innenzähne (a, b, c, d, e, f) vorgesehen ist, das größer ist als das erste und das zweite definierte Flankenspiel (S₁, S₂).
Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Außenzähnen (5) der Außenverzahnung (4) ausgebildete Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) zumindest teilweise untereinander unterschiedliche Zahnlückenweiten (WA) bei einer gleichen Teilung aufweisen.
Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine vorgegebene Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) der Außenverzahnung (4) eine Zahnlückenreihe bilden, wobei sich die Zahnlückenweiten (WA) jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) um denselben Betrag ändern.
Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils 12, 6, 4, 3 oder 2 der Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) der Außenverzahnung (4) die Zahnlückenreihe bilden.
Verbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zahnlückenweiten (WA) jeweils zwischen zwei benachbarten Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) der Außenverzahnung (4) der wenigstens einen Zahnlückenreihe um denselben Betrag von 0,01 mm bis 0,1 mm ändern.
Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die sich diametral gegenüberliegenden Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) der Außenverzahnung (4) gleiche Zahnlückenweiten (WA) aufweisen.
Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) zumindest teilweise untereinander unterschiedliche Zahnweiten (wi) bei einer gleichen Teilung aufweisen.
Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine vorgegebene Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) eine Zahnreihe bilden, wobei sich die Zahnweiten (wi) jeweils zwischen zwei benachbarten Innenzähnen (a, b, c, d, e, f) um denselben Betrag ändern.
Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils 12, 6, 4, 3 oder 2 der Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) die wenigstens eine Zahnreihe bilden.
Verbindung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zahnweiten (wi) jeweils zwischen zwei benachbarten Innenzähnen (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) der wenigstens einen Zahnreihe um denselben Betrag von 0,01 mm bis 0,1 mm ändern.
Verbindung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die sich diametral gegenüberliegenden Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) gleiche Zahnweiten (wi) aufweisen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Teilkreis (T₁) der Welle (1) von einem Teilkreis (T₂) der Nabe (2) derart unterscheidet, dass die beiden Bauteile (1, 2) nur in einer vorgegebenen Anzahl von Steckstellungen miteinander in Eingriff gebracht werden können, wobei der maximale Durchmesser des Teilkreises (T₁) der Welle (1) kleiner oder gleich dem maximalen Durchmesser des Teilkreises (T₂) der Nabe (2) ist, und dass die Spiele Flankenspiele (S₁, S₂) sind, wobei sich ein erstes definiertes Flankenspiel (S₁) zwischen einer Zahnflanke (10) eines der Außenzähne (5) mit einer Zahnflanke (11) eines der Innenzähne (a, b, c, d, e, f) in der ersten Steckstellung von wenigstens einem zweiten definierten Flankenspiel (S₂) zwischen dieser Zahnflanke (10) desselben Außenzahns (5) mit einer Zahnflanke (12) eines der anderen Innenzähne (a, b, c, d, e, f) in der zweiten Steckstellung unterscheidet.
Verbindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der dritten Steckstellung ein drittes definiertes Flankenspiel (S₃) zwischen dieser Zahnflanke (10) desselben Außenzahns (5) mit einer Zahnflanke (13) eines der weiteren Innenzähne (a, b, c, d, e, f) vorgesehen ist, das größer ist als das erste und das zweite definierte Flankenspiel (S₁, S₂).
Verbindung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Teilkreise (T₁, T₂) unrund ausgebildet ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Teilkreise (T₁, T₂) elliptisch ausgebildet ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Außenzähnen (5) der Außenverzahnung (4) ausgebildete Zahnlücken (A, B, C, D, E, F) eine gleiche Zahnlückenweite (WA) aufweisen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) eine gleiche Zahnweite (wi) aufweisen.
Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Außenzähne (5) der Außenverzahnung (4) größer als die oder gleich der Anzahl der Innenzähne (a, b, c, d, e, f) der Innenverzahnung (3) ist.