Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung und Bremsanordnung mit einer Welle- Nabe-Verbindung.

Es ist allgemein bekannt, dass bei einer Welle-Nabe-Verbindung die Welle mit der Nabe drehfest verbunden werden.

Aus der DE 102011 121 790 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ist eine Zahnkupplung mit einer Federung, Bremse und Anlage bekannt.

Aus der US 4 136 982 A ist eine zentrierte Verbindunganordnung bekannt.

Aus der US 2 800 800 A ist eine Antiratteranordnung bekannt.

Aus der DE 10 2006010 656 B3 ist eine Federdruckbremse mit einer an einander abgewandten Seiten Reibflächen aufweisenden Bremsscheibe bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindung geräuscharm betreibbar weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Welle-Nabe-Verbindung sind, dass die drehbar gelagerte Welle eine Außenverzahnung aufweist und die Nabe eine Innenverzahnung, wobei die Nabe mit ihrer Innenverzahnung derart auf die Welle mit Außenverzahnung aufgesteckt ist, dass die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung im Eingriff ist, wobei die Welle eine Ringnut, insbesondere eine in Umfangsrichtung vollständig und/oder ununterbrochen umlaufende Ringnut, aufweist, insbesondere wobei die Welle drehfest mit der Nabe verbunden ist und in axialer Richtung relativ zur Nabe verschiebbar angeordnet ist, wobei eine Ringfeder, insbesondere ein Federring, in der Ringnut angeordnet ist, wobei die Ringnut insbesondere mittig in der Außenverzahnung eingebracht ist und/oder der von der Ringnut in axialer Richtung überdeckte Bereich von dem von der Außenverzahnung in axialer Richtung überdeckten Bereich umfasst ist.

Von Vorteil ist dabei, dass mittels der Ringfeder eine spielfreie Welle-Nabe-Verbindung erreicht ist und somit die durch Drehzahlschwankungen hervorgerufenen Geräusche unterdrückt sind. Außerdem ist die Ringfeder in der Ringnut formschlüssig gesichert und somit verliersicher angeordnet. Darüber hinaus ist die Ringfeder innerhalb der Nut einklemmbar und dadurch auch selbst spielfrei in der Ringnut angeordnet. Somit erzeugt auch die Ringfeder keine Klappergeräusche, insbesondere auch nicht bei Drehzahlschwankungen.

Die Ringfeder ist auch als Federring bezeichenbar. Allerdings ist die Steigung in axialer Richtung eine monoton steigende Funktion, insbesondere eine lineare Funktion, des Umfangswinkels. Nur der Radialabstand der Ringfeder ist eine periodische Funktion des Umfangswinkels.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ringfeder einen bezogen auf die Drehachse der Welle maximalen Radialabstand auf, der eine veränderliche Funktion, insbesondere periodische Funktion, des Umfangswinkels ist, insbesondere wobei an den lokalen Minima der Funktion die Ringfeder am Nutboden der Ringnut anliegt, insbesondere wobei die lokalen Maxima der Funktion in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Zähnen der Innenverzahnung der Nabe angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringfeder beim Aufschieben der Nabe auf die Welle in radialer Richtung elastisch gespannt wird und somit kein Spiel zwischen Welle und Nabe in radialer Richtung zulässt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ringfeder aus einem Metalldraht gefertigt, insbesondere als Biegeteil, insbesondere wobei der Drahtdurchmesser des Metalldrahtes konstant ist, insbesondere vom Umfangswinkel nicht abhängt, insbesondere, sondern eine konstante Funktion des Umfangswinkels ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Herstellung erreichbar ist und die Standzeit der Ringfeder hoch ist. Außerdem ist auch bei hohen Temperaturen ein Betrieb ermöglicht. Denn Metall ist im Vergleich zu Gummi oder Kunststoff bei viel höheren Temperaturen elastisch verformbar, insbesondere also reversibel elastisch verformbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ringfeder eine Steigung auf und/oder einen Schrägungswinkel. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringfeder zwischen den Nutwänden sich elastisch hält und somit axial verliersicher positioniert ist. Somit ist die Ringfeder innerhalb der Ringnut einklemmbar und dadurch auch selbst spielfrei in der Ringnut angeordnet. Somit erzeugt auch die Ringfeder keine Klappergeräusche, insbesondere auch nicht bei Drehzahlschwankungen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ringfeder mit zunehmendem Umfangswinkel eine zunehmende, insbesondere eine zum Umfangswinkel proportional zunehmende, axiale Position auf, insbesondere wobei die axiale Richtung parallel zur Drehachse der Welle ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringfeder zwischen den Nutwänden sich elastisch hält und somit axial verliersicher positioniert ist. Somit ist die Ringfeder innerhalb der Ringnut einklemmbar und dadurch auch selbst spielfrei in der Ringnut angeordnet. Somit erzeugt auch die Ringfeder keine Klappergeräusche, insbesondere auch nicht bei Drehzahlschwankungen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ringfeder elastisch gespannt zwischen den Nutwänden der Ringnut angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringfeder verliersicher angeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drücken die beiden Enden der Ringfeder in den Nutboden der Ringnut. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Haftreibung und somit stabile Positionierung erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Nabe, insbesondere die Innenverzahnung der Nabe, insbesondere nur an ihrem ersten axialen Endbereich, eine Fase auf, insbesondere wobei die Fase derart ausgeführt ist, dass der lichte Innendurchmesser, insbesondere der kleinste lichte Innendurchmesser, der Innenverzahnung in axialer Richtung mit zunehmendem Abstand vom ersten axialen Ende der Innenverzahnung zunimmt, insbesondere proportional zum Abstand vom ersten axialen Ende der Innenverzahnung. Von Vorteil ist dabei, dass die Nabe in Aufschieberichtung zunächst eingefädelt und danach beim weiteren axial gerichteten Aufschieben auf die Ringfeder aufgleitet, so dass diese dann nach radial innen elastisch verformt wird, insbesondere also auf den Nutboden der Ringnut aufgedrückt wird. Die so erzeugte elastische Federkraft der Ringfeder unterdrückt dann ein Spiel zwischen Welle und Nabe.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Innenverzahnung und die Außenverzahnung jeweils als Geradverzahnung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein axiales Aufschieben der Welle auf die Nabe ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Innenverzahnung und die Außenverzahnung jeweils als Evolventenverzahnung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige und hochpräzise Herstellung ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überdeckt die Ringfeder in Umfangsrichtung einen Umfangswinkelbetrag von weniger als 360°, insbesondere einen Umfangswinkel betrag zwischen 200° und 340°. Von Vorteil ist dabei, dass ein schnelles und einfaches Einstecken der Ringfeder in die Ringnut ermöglicht ist. Wichtige Merkmale bei der Bremsanordnung mit einer Welle-Nabe-Verbindung sind, dass die Welle ein Mitnehmer einer Bremsanordnung ist und die Nabe ein Bremsbelagträger einer Bremsanordnung ist, wobei die Welle ein Hohlwellenteil ist.

Von Vorteil ist dabei, dass der Bremsbelagträger geräuscharm mit der Welle verbindbar ist, insbesondere auch bei Auftreten von Drehzahlschwankungen im Betrieb. Trotzdem ist der Bremsbelagträger axial verschiebbar angeordnet, so dass beim Einfallen oder Lüften der Bremse der Bremsbelagträger entsprechend axial positionierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Mitnehmer auf eine Rotorwelle eines Elektromotors aufgesteckt und drehfest mit der Rotorwelle verbunden, wobei die Rotorwelle drehbar gelagert ist relativ zu einem Gehäuseteil des Elektromotors. Von Vorteil ist dabei, dass nicht die Rotorwelle selbst, sondern der Mitnehmer eine Außenverzahnung benötigt. Die Drehfeste Verbindung zwischen Mitnehmer und Rotorwelle ist vorzugsweise durch eine kostengünstige Passfederverbindung bewirkbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Bremsanordnung einen Magnetkörper auf, der drehfest mit dem Gehäuseteil, insbesondere mit dem Flanschteil des Elektromotors oder mit dem mit einem Flanschteil des Elektromotors drehfest verbundenen Teil, verbunden ist, wobei im Magnetkörper eine elektrisch bestrombare Spule aufgenommen ist, wobei eine Ankerscheibe, insbesondere in Umfangsrichtung, drehfest mit dem Magnetkörper verbunden ist und axial verschiebbar zum Magnetkörper angeordnet ist, insbesondere mittels mit dem Magnetkörper fest verbundener, durch Ausnehmungen der Ankerscheibe hindurchragender Bolzen, wobei der Bremsbelagträger, insbesondere in Umfangsrichtung, drehfest mit dem Mitnehmer verbunden ist und axial verschiebbar zum Mitnehmer angeordnet ist, wobei die Ankerscheibe axial zwischen dem Bremsbelagträger und dem Magnetkörper angeordnet ist, wobei am Magnetkörper abgestützte Federelemente auf die Ankerscheibe drücken, wobei der Bremsbelagträger axial zwischen einer Bremsfläche und der Ankerscheibe angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremswirkung bei Stromausfall automatisch eintritt und somit eine hohe Sicherheit erreichbar ist. Das Lüften der Bremse ist durch Bestromung der Spule ermöglicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Gehäuseteil die Bremsfläche ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine effiziente Wärmeabfuhr der Bremswärme an die Umgebung erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Bestromung der Spule die Ankerscheibe entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen und bei Nichtbestromung der Spule drücken die Federelemente die Ankerscheibe zum Bremsbelagträger hin, so dass der Bremsbelagträger mit seiner, von der Ankerscheibe abgewandten Seite auf die Bremsfläche gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremswirkung bei Stromausfall automatisch eintritt und somit eine hohe Sicherheit erreichbar ist. Das Lüften der Bremse ist durch Bestromung der Spule ermöglicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bremsbelagträger nur an dem der Ankerscheibe zugewandten axialen Endbereich seiner Innenverzahnung eine Fase auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Fase nur an dem für das Aufschieben vorgesehenen Endbereich notwendig ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bremsbelagträger nur an dem von der Ankerscheibe abgewandten axialen Endbereich seiner Innenverzahnung eine Fase auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Fase nur an dem für das Aufschieben vorgesehenen Endbereich notwendig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Fase derart ausgeführt, dass der lichte Innendurchmesser, insbesondere der kleinste lichte Innendurchmesser, der Innenverzahnung in axialer Richtung mit zunehmendem Abstand vom ersten axialen Ende der Innenverzahnung zunimmt, insbesondere proportional zum Abstand vom ersten axialen Ende der Innenverzahnung. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der Fase ermöglicht ist und die radiale Kraftkomponente der Federkraft mit dem axialen Verschiebeweg proportional zunimmt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist eine als Bremsbelagträger ausgeführte Nabe einer Welle-Nabe-Verbindung insbesondere einer Bremsanordnung in Schrägansicht dargestellt.

In der Figur 2 ist die Nabe aus einem anderen Blickwinkel in Schrägansicht dargestellt.

In der Figur 3 ist ein Querschnitt der Nabe dargestellt.

In der Figur 4 ist ein Bereich aus Figur vergrößert dargestellt.

In der Figur 5 ist eine als angeschnittener Mitnehmer 50 ausgeführte Welle in Seitenansicht dargestellt, in dessen Außenverzahnung 51 eine Ringfeder in einer umlaufenden Ringnut aufgenommen ist.

In der Figur 6 ist eine Draufsicht auf die quergeschnittene Welle dargestellt.

In der Figur 7 ist die Ringfeder 52 in Schrägansicht dargestellt.

In der Figur 8 ist eine Seitenansicht der Ringfeder 52 dargestellt.

Wie in den Figuren gezeigt, ist eine Welle mit einer Außenverzahnung 51 ausgeführt, auf welche eine Nabe derart aufgesteckt ist, dass eine Innenverzahnung der Nabe mit der Außenverzahnung 51 im Eingriff ist und somit die Nabe axial beweglich, aber in Umfangsrichtung formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Innerhalb der Außenverzahnung 51 ist eine in axialer Richtung vorzugsweise mittig innerhalb der Außenverzahnung angeordnete, in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Ringnut angeordnet. In der Ringnut ist eine Ringfeder 52 aufgenommen.

Diese Ringfeder 52 ist aus einem Metalldraht gefertigt und in Umfangsrichtung nicht vollständig umlaufend ausgeführt. Die Ringfeder 52 überdeckt in Umfangsrichtung einen Umfangswinkelbetrag von weniger als 360°, insbesondere einen Umfangswinkel betrag zwischen 200° und 340°.

Die Ringfeder 52 weist einen insbesondere maximalen Radialabstand auf, der in Abhängigkeit vom Umfangswinkel periodisch variiert und/oder veränderlich ist.

Der Drahtdurchmesser ist entlang der Ringfeder 52 im Wesentlichen konstant.

Die Ringfeder 52 weist eine nicht verschwindende Steigung auf, so dass als die axiale Position der Ringfeder mit zunehmendem Umfangswinkel zunimmt. Somit ist ein elastisches Einklemmen zwischen den in axialer Richtung und entgegen der axialen Richtung an an der Ringnut ausgebildeten Nutwänden ermöglicht.

Außerdem drücken die beiden Enden der Ringfeder 52 nach radial innen auf den Nutboden der Ringnut, wie in Figur 6 deutlich erkennbar. Somit ist ein verbessertes Haften der Ringfeder 52 an der Welle erreicht.

Beim axial gerichteten Aufstecken der Nabe mit ihrer Innenverzahnung auf die Außenverzahnung 51 ermöglicht eine an der Nabe ausgeformte Fase 2 ein Aufgleiten der nach radial innen hervorstehenden Zähne der Innenverzahnung auf die Ringfeder 52. Dabei wird die Ringfeder 52 nach radial innen gedrückt, insbesondere zum Nutboden der Ringnut hin. Die Ringfeder 52 wird dabei elastisch gespannt und erzeugt eine entsprechend nach radial außen wirkende Federkraft, welche in die Nabe eingeleitet wird.

Somit ist die Nabe mit der Welle in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden und in axialer Richtung ist die Welle relativ zur Nabe verschiebbar angeordnet. Das radial gerichtete Spiel ist mittels der elastisch gespannten Ringfeder 52 beseitigt.

Durch das elastisch vorgespannte Anliegen der Ringfeder 52 an beiden Nutwänden der Ringnut ist die Ringfeder 52 spielfrei in der Ringnut angeordnet.

In einer beispielhaften Anwendung dieser erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung ist die Nabe als Bremsbelagträger 1 eine elektromagnetisch betätigbaren Bremsanordnung ausgeführt und die Welle als Mitnehmer 50 dieser Bremsanordnung. Dabei der Mitnehmer 50 als außenverzahnte Hohlwelle ausgeführt und auf eine Rotorwelle eines Elektromotors aufgesteckt und drehfest, insbesondere mittels Passfederverbindung, mit der Rotorwelle verbunden.

Die Außenverzahnung des Mitnehmers 50 ist vorzugsweise als Rändelung ausgeführt oder als axial gerichtete, also den Schrägungswinkel Null aufweisende Evolventenverzahnung.

Der von der Ringfeder 52 überdeckte Radialabstandsbereich ist von dem von den Zähnen der Außenverzahnung 51 überdeckten Radialabstandsbereich umfasst. Somit ragen die Zähne radial über der Ringfeder 52 hervor. Alternativ ist die Ringnut am Mitnehmer 50 radial tiefer eingeschnitten als die Verzahnung, so dass der von der Ringfeder 52 überdeckte Radialabstandsbereich mit dem von den Zähnen der Außenverzahnung 51 überdeckten Radialabstandsbereich überlappt.

Die Fase 2 ist nur an einem der beiden axialen Endbereiche der Innenverzahnung des Bremsbelagträgers 1 angeordnet. Insbesondere ist somit die Aufsteckrichtung zum Aufstecken des Bremsbelagträgers 1 auf den Mitnehmer 50 vorgegeben.

Der Bremsbelagträger 1 weist axial beidseitig einen Bremsbelag auf.

Die Rotorwelle ist mittels Lagern drehbar gelagert, die in Flanschteilen aufgenommen sind, welche mit dem Statorgehäuse des Elektromotors verbunden sind.

Die Bremsanordnung weist eine Bremsfläche auf, die entweder an einem der Flanschteile selbst ausgebildet ist, insbesondere fein bearbeitet ist, oder an einem mit einem ersten der Flanschteile verbundenen Teil.

Ein Magnetkörper der Bremsanordnung ist drehfest mit dem Teil oder Flanschteil verbunden.

Im Magnetkörper ist eine vorzugsweise als Ringwicklung ausgeführte Spule aufgenommen. Hierzu ist vorzugsweise eine ringförmige oder topfförmige Ausnehmung in den Magnetkörper eingebracht, in welche die Spule eingelegt und mit Vergussmasse umgossen ist. Die Ringachse der Ringwicklung ist parallel zur axialen Richtung ausgerichtet.

Eine Ankerscheibe ist drehtest mit dem Magnetkörper verbunden und dabei axial verschiebbar angeordnet. Vorzugsweise sind hierzu axial ausgerichtete Bolzen mit dem Magnetkörper verbunden, welche durch entsprechende Ausnehmungen der Ankerscheibe hindurchragen. Auf diese Weise ist mittels der Bolzen der Magnetkörper verbindbar mit dem Teil oder mit dem Flanschteil.

Die Ankerscheibe ist aus ferromagnetischem Material gefertigt.

Die Ankerscheibe ist in axialer Richtung zwischen dem Magnetkörper angeordnet. Der Bremsbelagträger 1 ist in axialer Richtung zwischen der Bremsfläche und der Ankerscheiben angeordnet.

Am Magnetkörper abgestützte, elastisch verformte Federelemente drücken auf die Ankerscheibe.

Somit wird bei Bestromung der Spule die Ankerscheibe entgegen der von den Federelementen erzeugten Federkraft zum Magnetkörper hingezogen. Somit ist der Bremsbelagträger 1 freigestellt und die Bremsanordnung ist gelüftet.

Außerdem drücken die Federelemente bei Nicht-Bestromung der Spule die Ankerscheibe weg vom Magnetkörper hin zum Bremsbelagträger, der somit an seiner von der Ankerscheibe abgewandten Seite auf die Bremsfläche gedrückt wird und die Bremsanordnung fällt somit ein, insbesondere leitet sie also ein Bremsmoment in die Rotorwelle ein.

Die Ringfeder 52 ist auch als Federring bezeichenbar.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nimmt bei der Fase 2 der minimale Radialabstand der Innenverzahnung des Bremsbelagträgers nicht wie im in den den Figuren dargestellten Beispiel linear mit der axialen Position zu, sondern die Fase 2 ist gekrümmt ausgeführt. Somit erreicht die Innenverzahnung eine höhere Standzeit, insbesondere im Bereich der Fase. Bezugszeichenliste

1 Bremsbelagträger 2 Fase

50 Mitnehmer

51 Außenverzahnung

52 Ringfeder