DE-102021122328-B4 - Welle- und Nabe- Verbindungsanordnung

Abstract

Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) zur Übertragung von Drehmoment, umfassend: eine Welle (12), die sich erstreckt entlang einer und drehbar ist um eine Achse (A) und axial an einem Wellenende (14) aufhört; eine Nabe (22), die sich erstreckt entlang der und drehbar ist um die Achse (A) und axial an einem Nabenende (24) aufhört; einen ersten Flansch (18), der sich von der Welle (12) nach außen in beabstandeter Beziehung mit dem Wellenende (14) erstreckt und sich ringförmig um die Welle (12) erstreckt; einen zweiten Flansch (26), der sich von der Nabe (22), benachbart zu dem Nabenende (24), erstreckt, um in anliegender axialer Ende-zu-Ende-Beziehung mit dem ersten Flansch (18) positioniert zu werden; einen Befestigungsmechanismus (32), der mit dem ersten und zweiten Flansch (18, 20) in Eingriff steht und diese gegeneinander vorspannt; wobei eines des Wellenendes (14) der Welle (12) und des Nabenendes (24) der Nabe (22) einen männlichen Verbindungsabschnitt (16) definiert, und das andere von dem Wellenende (14) der Welle (12) und dem Nabenende (24) der Nabe (22) einen weiblichen Verbindungsabschnitt (28) definiert zur Aufnahme von und zum gekoppelt werden mit dem männlichen Verbindungsabschnitt (16); wobei der weibliche Verbindungsabschnitt (28) eine radial innere Oberfläche (36) aufweist, die durch eine Vielzahl von inneren Flächen (40) definiert ist; wobei der männliche Verbindungsabschnitt (16) eine radial äußere Oberfläche (34) aufweist, definiert durch eine Vielzahl von äußeren Flächen (38), ineinandergesteckt innerhalb der Vielzahl von inneren Flächen (40), um den männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt (16, 28) miteinander zu koppeln; wobei die radial äußere Oberfläche (34) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) eine Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) angeordnet ist zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von äußeren Flächen (38) in einer Umfangsrichtung entlang eines äußeren Radius (R3), und die radial innere Oberfläche (36) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) eine Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44), angeordnet zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von inneren Flächen (40) in der Umfangsrichtung entlang eines inneren Radius (R4); und einen ersten Spalt (G1), der zwischen Benachbarten der Vielzahl von äußeren und inneren Übergangsbereichen (42, 44) definiert ist, um Toleranzen in der radialen Richtung während Herstellung der männlichen und weiblichen Komponenten bereitzustellen.

Inventors

• Nick Dubiel

Assignees

• NEAPCO INTELLECTUAL PROPERTY HOLDINGS, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20210830

Priority Date

20210825

Claims (16)

1. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) zur Übertragung von Drehmoment, umfassend: eine Welle (12), die sich erstreckt entlang einer und drehbar ist um eine Achse (A) und axial an einem Wellenende (14) aufhört; eine Nabe (22), die sich erstreckt entlang der und drehbar ist um die Achse (A) und axial an einem Nabenende (24) aufhört; einen ersten Flansch (18), der sich von der Welle (12) nach außen in beabstandeter Beziehung mit dem Wellenende (14) erstreckt und sich ringförmig um die Welle (12) erstreckt; einen zweiten Flansch (26), der sich von der Nabe (22), benachbart zu dem Nabenende (24), erstreckt, um in anliegender axialer Ende-zu-Ende-Beziehung mit dem ersten Flansch (18) positioniert zu werden; einen Befestigungsmechanismus (32), der mit dem ersten und zweiten Flansch (18, 20) in Eingriff steht und diese gegeneinander vorspannt; wobei eines des Wellenendes (14) der Welle (12) und des Nabenendes (24) der Nabe (22) einen männlichen Verbindungsabschnitt (16) definiert, und das andere von dem Wellenende (14) der Welle (12) und dem Nabenende (24) der Nabe (22) einen weiblichen Verbindungsabschnitt (28) definiert zur Aufnahme von und zum gekoppelt werden mit dem männlichen Verbindungsabschnitt (16); wobei der weibliche Verbindungsabschnitt (28) eine radial innere Oberfläche (36) aufweist, die durch eine Vielzahl von inneren Flächen (40) definiert ist; wobei der männliche Verbindungsabschnitt (16) eine radial äußere Oberfläche (34) aufweist, definiert durch eine Vielzahl von äußeren Flächen (38), ineinandergesteckt innerhalb der Vielzahl von inneren Flächen (40), um den männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt (16, 28) miteinander zu koppeln; wobei die radial äußere Oberfläche (34) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) eine Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) angeordnet ist zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von äußeren Flächen (38) in einer Umfangsrichtung entlang eines äußeren Radius (R3), und die radial innere Oberfläche (36) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) eine Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44), angeordnet zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von inneren Flächen (40) in der Umfangsrichtung entlang eines inneren Radius (R4); und einen ersten Spalt (G1), der zwischen Benachbarten der Vielzahl von äußeren und inneren Übergangsbereichen (42, 44) definiert ist, um Toleranzen in der radialen Richtung während Herstellung der männlichen und weiblichen Komponenten bereitzustellen.
2. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei der äußere Radius (R3) größer ist als der innere Radius (R4), um den Spalt (G1) zwischen den äußeren und inneren Übergangsbereichen (42, 44) zu definieren.
3. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei die äußeren Flächen (38) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) konkav entlang eines ersten Umfangsradius (R1) sind und wobei die inneren Flächen (40) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) konvex entlang eines zweiten Umfangsradius (R2) sind, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der erste Umfangsradius (R1).
4. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , ferner umfassend: einen ersten axialen Radius (R5), der zwischen dem ersten Flansch (18) und einer der radial äußeren und inneren Oberflächen (34, 36) definiert ist, und einen zweiten axialen Radius (R6), der zwischen dem zweiten Flansch (26) und der anderen der radial äußeren und inneren Oberflächen (34, 36) definiert ist; und einen zweiten Spalt (G2), der zwischen dem ersten axialen Radius (R5) und dem zweiten axialen Radius (R6) definiert ist, so dass gesamter Kontakt zwischen dem männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt (16, 28) entlang der äußeren und inneren Flächen (38, 40) auftritt.
5. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 4 , ferner umfassend eine Dichtung (30), die axial zwischen dem ersten und zweiten Flansch (18, 26) angeordnet ist, um zu verhindern, dass Fluid zwischen dem ersten und zweiten Flansch (18, 26) hindurchtritt.
6. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei der Befestigungsmechanismus (32) eine Klammer ist.
7. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei sich die äußeren und inneren Flächen (38, 40) jeweils radial nach innen verjüngen, so dass axiale Bewegung des männlichen Verbindungsabschnitts (16) in den weiblichen Verbindungsabschnitt (28) den männlichen Verbindungsabschnitt (16) in dem weiblichen Verbindungsabschnitt (28) verkeilt.
8. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei das Wellenende (14) der Welle (12) eine sich axial in der Welle (12) erstreckende Einbuchtung (20) definiert.
9. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei sowohl die radial äußere Oberfläche (34) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) als auch die radial innere Oberfläche (36) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) eine im Allgemeinen polygonale Form aufweisen.
10. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 9 , wobei die Vielzahl von äußeren Flächen (38) der radial äußeren Oberfläche (34) sechs äußere Flächen umfasst und wobei die Vielzahl von inneren Flächen (40) der radial inneren Oberfläche (36) sechs innere Flächen umfasst.
11. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) zur Übertragung von Drehmoment, umfassend: eine Welle (12), die sich erstreckt entlang einer und drehbar ist um eine Achse (A) und axial an einem Wellenende (14) aufhört; eine Nabe (22), die sich erstreckt entlang der und drehbar ist um die Achse (A) und axial an einem Nabenende (28) aufhört; wobei eines des Wellenendes (14) der Welle (12) und des Nabenendes (24) der Nabe (22) einen männlichen Verbindungsabschnitt (16) definiert, und das andere von dem Wellenende (14) der Welle (12) und dem Nabenende (24) der Nabe (22) einen weiblichen Verbindungsabschnitt (28) definiert zur Aufnahme von und zum gekoppelt werden mit dem männlichen Verbindungsabschnitt (16); wobei der weibliche Verbindungsabschnitt (28) eine radial innere Oberfläche (36) aufweist, die durch eine Vielzahl von inneren Flächen (40) definiert ist; wobei der männliche Verbindungsabschnitt (16) eine radial äußere Oberfläche (34) aufweist, definiert durch eine Vielzahl von äußeren Flächen (38) und ineinandergesteckt innerhalb der Vielzahl von inneren Flächen (40), um den männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt (16, 28) miteinander zu koppeln; einen ersten Flansch (18), der sich von der Welle (12) nach außen in beabstandeter Beziehung mit dem Wellenende (14) erstreckt; einen zweiten Flansch (26), der sich von der Nabe (22), benachbart zu dem Nabenende (24) und positioniert in anliegender axialer Ende-zu-Ende-Beziehung mit dem ersten Flansch (18), erstreckt; wobei ein erster axialer Radius (R1) zwischen dem ersten Flansch (18) und einer der radial äußeren und inneren Oberflächen (34, 36) definiert ist, ein zweiter axialer Radius (R2) zwischen dem zweiten Flansch (26) und der anderen der radial äußeren und inneren Oberflächen definiert ist, und ein Spalt (G1) zwischen dem ersten axialen Radius (R1) und dem zweiten axialen Radius (R2) definiert ist, so dass gesamter Kontakt zwischen dem männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt (16, 28) entlang der äußeren und inneren Flächen (38, 40) auftritt.
12. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 11 , wobei der erste axiale Radius (R1) größer ist als der zweite axiale Radius (R2), um den Spalt (G1) zu definieren.
13. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 11 , wobei die radial äußere Oberfläche (34) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) eine Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von äußeren Übergangsbereichen (42) angeordnet ist zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von äußeren Flächen (38) in einer Umfangsrichtung entlang eines äußeren Radius (R3), wobei die radial innere Oberfläche (36) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) eine Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von inneren Übergangsbereichen (44), angeordnet zwischen Benachbarten und miteinander verbindet Benachbarte der Vielzahl von inneren Flächen (40) in der Umfangsrichtung an einem inneren Radius (R4), und wobei ein erster Spalt (G1) zwischen Benachbarten der Vielzahl von äußeren und inneren Übergangsbereichen (42, 44) definiert ist, um Toleranzen in der radialen Richtung während Herstellung der männlichen und weiblichen Komponenten bereitzustellen.
14. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 11 , wobei sich die äußeren und inneren Flächen (38, 40) jeweils radial nach innen verjüngen, so dass axiale Bewegung des männlichen Verbindungsabschnitts (16) in den weiblichen Verbindungsabschnitt (28) den männlichen Verbindungsabschnitt (16) in dem weiblichen Verbindungsabschnitt (28) verkeilt.
15. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 11 : wobei jede der Vielzahl von äußeren Flächen (38) des männlichen Verbindungsabschnitts (16) entweder konkav oder konvex entlang eines ersten Umfangsradius (R1) geformt ist; und jede der Vielzahl von inneren Flächen (40) des weiblichen Verbindungsabschnitts (28) entgegengesetzt konkav oder konvex entlang eines zweiten Umfangsradius (R2) geformt ist, der im Wesentlichen der gleiche ist wie der erste Umfangsradius (R1).
16. Welle und Nabe Verbindungsanordnung (10) nach Anspruch 15 , wobei das Wellenende (14) der Welle (12) eine Einbuchtung (20) definiert, die sich axial in der Welle (12) erstreckt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Patent Application mit Seriennummer 63/071,741, die am 28. August 2020 eingereicht wurde. TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle und Nabe Verbindungsanordnung für Übertragung von Drehmoment. Besonders bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung eine Welle- und Nabe- Verbindungsanordnung, die Verbindungskomponenten der Welle bzw. Nabe einschließt, die eine einfache und effektive Verbindung zwischen der Welle und der Nabe bereitstellen und einfach und kostengünstig herzustellen sind. HINTERGRUND Welle und Nabe Verbindungsanordnungen zur Übertragung von Drehmoment sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel weisen einteilige Halbwellen-Gleichlaufgelenk-Anordnungen typischerweise einen außenverzahnten Wellenabschnitt auf, der integral mit einem Nabenabschnitt wie z.B. einem Außenring oder einem Tulpengehäuse verbunden ist. Der außenverzahnte Wellenabschnitt greift typischerweise direkt in ein Differentialgetriebe innerhalb einer Achs- oder Transaxle-Differentialanordnung ein. Der außenverzahnte Wellenabschnitt enthält typischerweise auch einen Dichtungszapfen, um in eine Dichtung an dem Achs- oder Transaxle-Gehäuse einzugreifen, was Schmierfluid ermöglicht, in der Achs- oder Transaxle-Anordnung eingeleitet zu werden, sobald die Halbwellen installiert worden sind. Bei solchen Gleichlaufgelenk-Anordnungen treten jedoch eine Reihe von Problemen auf. Z.B. erfordern Gleichlaufgelenke und Tripodegelenke (Tulpengelenke) spezielle Anpassungen zur Verbindung mit einer großen Auswahl von Achs- und Transaxle-Schnittstellen, die Variationen der Wellenlänge, der Verzahnungsgeometrie und Dichtungsschnittstellen einschließen. Dies führt zu hohen Herstellungs- und Entwicklungskosten. Zusätzlich verhindern gängige Halbwellen-Gleichlaufgelenke mit integral verzahnten Wellenabschnitten, dass die Achs- oder Transaxle-Anordnung bis zum Fahrzeugzusammenbau mit Schmierung befüllt wird, da die Achse / Transaxle nicht abgedichtet ist, bis die Halbwellen installiert sind. Schmierungsbefüllung während Fahrzeugzusammenbau ist nicht gewünscht, da es zusätzliche Infrastruktur und Kosten erfordert, um auf Befüllungspunkte innerhalb des Fahrzeugzusammenbaus zuzugreifen und spezielle Steuerungen werden benötigt, um sicherzustellen, dass korrekte Schmierung eingeleitet wird aufgrund der großen Auswahl an Schmiermitteln und Fluiden, die in Fahrzeugzusammenbauwerken verwendet wird. Ferner können gängige Halbwellen-Gleichlaufgelenke mit integral verzahnten Wellenabschnitten Achs- oder Transaxle-Gehäusedichtungen beschädigen, wenn der außenverzahnte Abschnitt der Halbwelle während Fahrzeugzusammenbaus in der Achse oder Transaxle installiert wird. Welle und Nabe Anordnungen mit mechanischen Verbindungen, die sich außerhalb der Achs- oder Transaxle-Anordnung befinden, sind bekannt, zu ermöglichen, dass Fahrzeugzusammenbau erfolgt, ohne Achs- / Transaxle-Gehäusedichtungen zu stören. Dokument US 8 075 218 B2 offenbart eine Welle und Nabe Verbindungsanordnung, die eine Welle, die einen polygonal geformten männlichen Verbindungsabschnitt zeigt, und eine Nabe, die einen weiblichen Verbindungsabschnitt zur Aufnahme von und zum gekoppelt werden mit dem männlichen Verbindungsabschnitt definiert, einschließt. Der männliche Verbindungsabschnitt weist eine radial äußere Oberfläche mit einer Vielzahl von äußeren Flächen auf, und der weibliche Verbindungsabschnitt weist eine radial innere Oberfläche mit einer Vielzahl von inneren Flächen auf. Die äußeren Flächen sind innerhalb der inneren Flächen ineinandergesteckt, um den männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitt miteinander zu verbinden. Der männliche und weibliche Verbindungsabschnitt schließt bestimmte geometrische Merkmale ein, wie z. B. einen nicht konstanten Konuswinkel und Eckenradien zur Selbstverriegelung des männlichen und weiblichen Verbindungsabschnitts und zur Verhinderung von Rotationsspiel. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese geometrischen Merkmale relativ komplex sind und daher schwierig und teuer sind, sie zuverlässig in Serie herzustellen. Dokument US 9 387 544 B2 offenbart eine Spline-Verbindung, bestehend aus einem männlichen Spline-Bauteil und einer weiblichen Hülse, die miteinander gekoppelt sind. Das männliche Bauteil weist Außenverzahnungen mit mehreren Zahnlücken auf, die konische und winkelige Freistellungen besitzen, um Werkzeugfreiheit zu schaffen. Diese Freistellungen erstrecken sich bis in einen Schulter- und Grundbereich des Bauteils. Die weibliche Hülse besitzt eine Innenverzahnung mit entsprechenden Zahnlücken, die ebenfalls konische und winkelige Freistellungen zur Werkzeugfreiheit aufweisen und bis in die Anlagefläche einer Senkbohrung hineinreichen. Die Außen- und Innenzähne sind gleich lang, sodass sich eine definierte wirksame Eingriffsbreite der Verzahnungsverbindung ergibt. Dokument US 1 552 343 A offenbart eine Erfindung zur si