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Title:
SHAFT-HUB CONNECTION AND FLUID PUMP COMPRISING THE SHAFT-HUB CONNECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/122927
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a shaft-hub connection for a pump rotor (3a) on a pump shaft (2a), comprising: a shaft (2) having a shaft outer surface (6) and a central axis (M); a hub (3) which has a hub opening (4) comprising a hub inner surface (5) for receiving at least one portion (7) of the shaft (2), wherein the hub opening (4) has a hub axis (N); wherein the shaft (2) has at least one transverse bore (8) for receiving at least one driver element (9) and the hub inner surface (5) has, corresponding to the at least one transverse bore (8), at least one axial groove recess (12) and wherein at least one driver element (9) is accommodated in the at least one transverse bore (8) and projects radially outwardly beyond the shaft outer surface (6) at least in portions. The projecting portion (7) of the driver element (9) sits in the axial groove and the projecting portion (7) of the driver element (9) has a crowned or spherical surface. A sum of the individual diameters of the driver elements (9) is greater than the shaft diameter (Dw) in the axial region of the transverse bore (8).

Inventors:
BERNER MARCEL (DE)
EGERMEIER SEBASTIAN (DE)
GEMEINHARDT ROBIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/085008
Publication Date:
June 16, 2022
Filing Date:
December 09, 2021
Export Citation:
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Assignee:
NIDEC GPM GMBH (DE)
International Classes:
F04C15/00; F16D1/08; F16D15/00
Domestic Patent References:
WO2002099300A12002-12-12
Foreign References:
US3113527A1963-12-10
EP0019522A11980-11-26
DE4224736A11994-02-03
Attorney, Agent or Firm:
KUHNEN & WACKER PATENT- UND RECHTSANWALTSBÜRO PARTG MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Welle-Nabe-Verbindung fur einen Pumpenrotor (3a) auf einer Pumpenwelle (2a) aufweisend: eine Welle (2) mit einer Wellenaußenfläche (6) und einer Mittelachse (M); eine Nabe (3) mit einer eine Nabeninnenfläche (5) aufweisenden Nabenöffnung (4) zur Aufnahme wenigstens eines Teilbereichs (7) der Welle (2), wobei die Nabenöffnung (4) eine Nabenachse (N) besitzt; wobei die Welle (2) wenigstens eine Querbohrung (8) zur Aufnahme wenigstens eines Mitnehmerelements (9) aufweist und die Nabeninnenfläche (5) korrespondierend zu der mindestens einen Querbohrung (8) je mindestens eine Axialnutausnehmung (12) besitzt und, wobei in der mindestens einen Querbohrung (8) mindestens ein Mitnehmerelement (9) aufgenommen ist, welches die Wellenaußenfläche (6) wenigstens teilbereichsweise radial nach außen überragt und der überragende Teilbereich (7) des Mitnehmerelements (9) in der Axialnut sitzt und der überragende Teilbereich (7) des Mitnehmerelements (9) eine ballige oder kugelige Oberfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Summe der Einzeldurchmesser der Mitnehmerelemente (9) größer ist als der Wellendurchmesser (Dw) im Axialbereich der Querbohrung (8).

2. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mitnehmerelement (9) als Kugel (10) ausgebildet ist.

3. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (8) eine Durchgangsquerbohrung oder eine Sacklochquerbohrung ist.

4. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querbohrungsachse (QA) recht- oder schiefwinklig zur Mittelachse (M) ausgerichtet ist.

5. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Querbohrung (8) eine Mehrzahl sich mittelbar oder unmittelbar berührender Mitnehmerelemente (9) sitzt. 6. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabeninnenfläche (5) mit Ausnahme der Axialnut eine zylindrische oder teilzylindrische, d. h. zylinderschalenformige Fläche ist. 7. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Mitnehmerelementen (9) ein Zwischenstück (16) eingesetzt ist. 8. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (16) elastisch vorgespannt ist, um die Mitnehmerelemente (9) radial nach außen vorzuspannen. 9. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenwände (13) der Axialnut gegenüber einer Radialrichtung (R) um einen Winkel a geneigt ausgebildet sind. 10. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (3) axial benachbart zur Nabeninnenfläche (5) radial erweitert ausgebildet ist und mit der Wellenaußenfläche (6) einen Ringspalt (14) bildet. 11. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) axial benachbart zur Querbohrung (8) radial verkleinert ausgebildet ist und mit einer Nabeninnenfläche (5) einen Ringspalt (14) bildet.

12. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringspalt (14) zur Zentrierung der Nabe (3) gegenüber der Welle (2) ein Zentrierring (15) sitzt.

13. Welle-Nabe-Verbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützring (15a) zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit der Welle (2) relativ zur Nabe (3) im Ringspalt (14) sitzt.

14. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer radialen Außenkante der Querbohrung (8) die Querbohrung (8) auf einen gegenüber dem Durchmesser (D) des Mitnehmerelements (8) kleineren Durchmesser (D) radial nach innen verformt ist.

15. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der Nabeninnenfläche (5) größer ist als der Durchmesser (D) des Mitnehmerelements (9). 16. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der Nabeninnenfläche (5)größer als der Durchmesser (D) des Mitnehmerelements (9) in einer Tangentialebene an die Wellenaußenfläche (6) und senkrecht zur Querbohrungsachse (QA) ist. 17. Welle-Nabe-Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mitnehmerfläche der Axialnutausnehmung (12) im Querschnitt gekrümmt ist. 18. Welle-Nabe-Verbindung Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerfläche der Axialnutausnehmung (12) an die ballige oder kugelige Oberfläche des überragenden Teilbereichs (7) des Mitnehmerelements (9) gleichsinnig anschmiegend gekrümmt ist. 19. Fluidpumpe mit einer Antriebswelle (103) und einem Pumpenrotor (3a), wobei wenigstens eine Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist. 20. Fluidpumpe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Welle-Nabe-

Verbindung (1) zwischen der Antriebswelle (103) und dem Pumpenrotor (3a) die Welle-Nabe-Verbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 vorgesehen ist.

Description:
Welle-Nabe-Verbindung und Fluidpumpe aufweisend die

Welle-Nabe-Verbindung

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Fluidpumpe aufweisend die Welle-Nabe-Verbindung.

Aus der WO 02/099300 Al ist eine gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung bekannt. Diese Welle-Nabe-Verbindung nutzt ballige Längsnuten in der Welle und/oder in der Nabe, in der Mitnehmerelemente sitzen, die rollenartig mit balligen oder wenigstens abgerundeten Außenflächen ausgebildet sind. Eine derartige Welle-Nabe- Verbindung ist aufwendig in der Herstellung. Es sind 3D-Formfräsarbeiten notwendig, welche einen erhöhten Herstellaufwand bedeuten.

Bei einer Vielzahl von über den Umfang verteilten Nuten besteht zudem die Gefahr einer statischen Überbestimmung, so dass die Fertigung der Nutengeometrie und der Nutenlagen relativ zueinander und bezüglich der Welle sehr genau sein muss und nur enge Form- und Lagetoleranzen erlaubt werden können. Außerdem können konstruktionsbedingte statische Überbestimmungen zu Verschleiß und Geräuschen, d. h. z. B. im Betrieb einer Fluidpumpte zu unnötigen Wirkungsgradverlusten führen.

Insbesondere in der Anwendung für eine Fluidpumpe können statische Überbestimmungen zu wechselndem Reibverhalten zwischen der Welle und der Nabe fuhren, was - wenn die Nabe beispielsweise ein Pumpenrotor ist - zu Pulsation im Druckaufbau der Pumpe fuhren kann.

Aus der DE 4224736A1 ist eine gattungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung bekannt.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit einfachen Herstellverfahren, insbesondere ohne aufwendige 3D-Formgebungen, z. B. 3D- Formfräsungen, herstellbare Welle-Nabe-Verbindung bereitzustellen, welche einerseits in der Lage ist, einen Winkelversatz zwischen einer Welle und einer Nabe auszugleichen und andererseits eine bis auf Materialelastizitäten starre Drehmomentübertragung zwischen der Welle und der Nabe ermöglicht. Der auszugleichende Winkelversatz, insbesondere im Bereich der Fluidpumpen, liegt im Bereich von wenigen Grad, insbesondere zwischen 0° und 3°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 1°.

Explizit nicht Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gelenkverbindung bereitzustellen, wie sie beispielsweise im Bereich der Kardan- oder Gleichlaufgelenke üblich ist und Winkelversätze von mehreren Grad bis hin zu mehreren zig Grad erlaubt.

Im Fokus dieser Erfindung steht eine einfache Hersteilbarkeit der Welle-Nabe- Verbindung mit einfachen Formgebungs verfahren wie z. B. Bohren, Räumen, Drehen und dergleichen. Derart einfache, kostengünstige und weitverbreitete Verfahren sollen eine solche Herstellung erlauben. Außerdem sollen mechanische Überbestimmungen und hieraus resultierende Nachteile wenigstens vermindert sein.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fluidpumpe anzugeben, welche in besonderer Art und Weise unempfindlich ist gegenüber einem Winkelversatz insbesondere zwischen einer Antriebswelle und eines Rotors der Fluidpumpe, wobei es aufgrund von Durchbiegungen oder Verbiegungen der Antriebswelle im Lastfall durch Kräfte auf den Rotor zu Winkel Versätzen zwischen dem Rotor und der Welle kommen kann. Eine solche Fluidpumpe soll in der Lage sein, bei geringem Verschleiß und geringer Geräuschentwicklung unempfindlich gegenüber solchen Winkelversätzen zu sein.

Die Aufgaben werden mit einer Welle-Nabe-Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgaben hinsichtlich der Fluidpumpe werden mit einer Fluidpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.

Erfindungsgemäß weist eine Welle-Nabe-Verbindung, insbesondere für einen Pumpenrotor auf einer Pumpenwelle auf: eine Welle mit einer Wellenaußenfläche und einer Mittelachse M; eine Nabe mit einer eine Nabeninnenfläche aufweisenden Nabenöffhung zur Aufnahme wenigstens eines Teilbereichs der Welle, wobei die Nabenöffhung eine Nabenachse N besitzt, wobei die Welle wenigstens eine Querbohrung zur Aufnahme wenigstens eines Mitnehmerelements aufweist und die Nabeninnenfläche korrespondierend zu der mindestens einen Querbohrung je mindestens eine Axialnutausnehmung besitzt und wobei in der mindestens einen Querbohrung mindestens ein Mitnehmerelement aufgenommen ist, welches die Wellenaußenfläche wenigstens teilbereichsweise radial nach außen überragt und der überragende Teilbereich des Mitnehmerelements in der Axialnut sitzt, wobei der überragende Teilbereich des Mitnehmerelements eine ballige oder kugelige Oberfläche besitzt. Eine derartige Welle- Nabe-Verbindung ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass eine Summe der Einzeldurchmesser der Mitnehmerelemente größer als der Wellendurchmesser im Axialbereich der Querbohrung ist.

Mit einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung gelingt es, einen Winkelversatz zwischen einer Welle und einer Nabe unter Aufrechterhaltung einer insbesondere starren Drehmomentübertragbarkeit zu realisieren, wobei zur Ausbildung der Welle-Nabe-Verbindung besonders einfache Fertigungsverfahren eingesetzt werden können. So können beispielsweise die Querbohrung in einfacher Art und Weise mittels Bohren, die Nabeninnenfläche, die Wellenaußenfläche mittels Drehen/Innendrehen und die Axialnuten mittels Räumen hergestellt werden. Weiter vereinfacht bietet sich das Sintern der Nabe an. Dies stellt bei hohen Stückzahlen das wirtschaftlichste Verfahren dar. Die Mitnehmerelemente sind in besonders einfacher Art und Weise als Wälzkörper, nämlich als Kugeln ausgebildet.

Eine derartige Welle-Nabe-Verbindung ist in der Lage, Winkel Versätze bis zu wenigen Grad zwischen einer Antriebswelle und einem Pumpenrad oder allgemein gesagt, einem Nabenträger bereitzustellen.

Die Drehmomentübertragung erfolgt in relativ starrer Art und Weise, da die Mitnehmerelemente auf Scherung bzw. auf Druck beansprucht werden und in dieser Belastungsrichtung bis auf materialspezifische Elastizitäten besonders steif ausgebildet sind.

Eine solche Welle-Nabe-Verbindung ermöglicht es an anderer Stelle einer Gerätschaft, in der die Welle-Nabe-Verbindung eingesetzt wird, gegebenenfalls höhere Fertigungstoleranzen zu tolerieren, da ein Winkelversatz akzeptiert werden kann.

Der Aufbau der Welle-Nabe-Verbindung ermöglicht es weiterhin, auch bei der Welle-Nabe-Verbindung selbst ein Minimum an engen Toleranzen einhalten zu müssen. Beispielsweise muss lediglich ein Abstandsmaß zwischen den Berührflächen der Axialnut und den Kugeln besonders eng toleriert werden, um möglichst kein Rotationsspiel zu ermöglichen. In einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform kann auch diese Anforderung durch Vorsehen von Vorspannelementen entfallen. Des Weiteren muss nur noch dafür gesorgt werden, dass ein Zentrallauf möglich ist, d. h., dass die Welle möglichst zentrisch in der Nabe sitzt. Derartige Toleranzen sind in der Anzahl gering und hinsichtlich ihrer Einhaltung weniger aufwändig. Insbesondere teure Positions- und Flächentoleranzen, wie sie bei statisch mehrfach überbestimmten System gemäß dem Stand der Technik auftreten, entfallen. Des Weiteren entfallen in vorteilhafter Weise bei der Erfindung das aufwändige Ausbilden von 3D-Konturflächen.

Darüber hinaus ist eine erleichterte Winkelbewegung durch minimalen Seitenzwang der Verbindung ermöglicht. Insbesondere im geringen Winkelversatzbereich von bis zu 3°, insbesondere bis zu 1° ist eine besonders leichtgängige Bewegung erwartbar.

Insbesondere wenn die Querbohrung mittels gleichartiger kugelförmiger Mitnehmerelemente befüllt wird, ist es mit der Erfindung in einfacher Art und Weise möglich, über deren Durchmesser eine erforderliche Anzahl und/oder Größe der Kugeln einzustellen.

Wird der Durchmesser der Mitnehmerelemente erfindungsgemäß so gewählt, dass eine Summe der Durchmesser der Mitnehmerelemente größer ist als der Wellendurchmesser im Axialbereich der Querbohrung, ist es im einfachsten Fall möglich, lediglich zwei Mitnehmerelemente vorzusehen, die in der Querbohrung sitzen und trotzdem einen radialen Überstand bilden, der im Zusammenspiel mit der Axialnutausnehmung zur Drehmomentübertragung genutzt werden kann.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, eine Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut und mit wenigen einfach herzustellenden Bauteilen verwirklichbar ist. Eine solche Welle-Nabe- Verbindung, die weiter oben näher definierte geringe Winkelversätze ausgleichen kann, eignet sich insbesondere zur Verwendung in Fluidpumpen, besonders in Klein-Fluidpumpen und den in diesem technischen Gebiet üblicherweise auftretenden Fertigungstoleranzen.

Eine sinnvolle Obergrenze des Durchmessers jedes Mitnehmerelements, der erfindungsgemäß größer ist als der halbe Wellendurchmesser im Bereich der Querbohrung, ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments, welches durch die Mitnehmerelemente einerseits und die verbleibende Restwandstärke der Welle im Bereich der Querbohrung andererseits übertragen werden muss. Selbstverständlich kann diese Restwandstärke an deren dünnster Stelle nicht beliebig dünn ausgebildet werden. Für den Einsatzbereich von Klein-Fluidpumpen hat sich beispielsweise eine Restwandstärke an deren dünnster Stelle von mindestens 10 % bis 20 %, insbesondere mindestens 15 % bis 20 %, des Wellendurchmessers als zweckmäßig erwiesen. Mit einer solchen Konstruktion kann beispielsweise für den Fall einer Restwandstärke von 20 % der radiale Überstand jedes der Mitnehmerelemente 10 % des Wellendurchmessers betragen.

In einer besonderen Ausführungsform ist das wenigstens eine Mitnehmerelement als Kugel ausgebildet.

Hierbei handelt es sich um besonders einfache und in großen Stückzahlen vorliegende Standardwälzkörper, die kostengünstig erhältlich sind. Des Weiteren ist die Montage von Kugeln besonders einfach, da zum Einsetzen der Kugeln diese nicht ausgerichtet werden müssen. In einer besonderen Ausführungsform ist die Querbohrung eine Durchgangsquerbohrung oder eine Sacklochquerbohrung.

Im Falle einer Durchgangsbohrung ist diese besonders einfach herzustellen, da keine Rücksicht auf ein bestimmtes Tiefenmaß zu nehmen ist. Eine Sacklochquerbohrung bietet sich dann an, wenn beispielsweise nur ein kugelförmiges Mitnehmerelement aufgenommen werden soll. In diesem Fall ist die Tiefe der Sacklochbohrung entsprechend zu tolerieren. Sacklochbohrungen sind darüber hinaus in einfacher Art und Weise für mehrere über den Umfang verteilte Mitnehmerelemente (geradzahlig oder ungeradzahlig) realisierbar, ohne dass die Mitnehmerelemente in einer Radialrichtung gegenüberliegend angeordnet sein müssen. Eine derartige gegenüberliegende Anordnung ist allerdings in einfacher Art und Weise mit der oben erwähnten Durchgangsquerbohrung ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Querbohrungsachse QA recht- oder schiefwinklig zur Mittelachse M ausgerichtet.

Im einfachsten Fall ist die Durchgangsquerbohrung bzw. der Querbohrungsachse QA rechtwinklig zur Mittelachse M der Welle ausgerichtet. Sie kann allerdings auch schiefwinklig sein, so dass die Mitnehmerelemente in einer Axialrichtung der Welle gesehen versetzt zueinander angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sitzt in der Querbohrung eine Mehrzahl sich mittelbar oder unmittelbar berührender Mitnehmerelemente.

Zur Überbrückung des Wellenquerschnittes kann in der Querbohrung, insbesondere im Falle einer Durchgangsquerbohrung eine Mehrzahl sich mittelbar oder unmittelbar berührender Mitnehmerelemente angeordnet sein. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, alleine durch das Vorsehen einer geeigneten Anzahl von Mitnehmerelementen einen entsprechenden Radialüberstand der Mitnehmerelemente über die Wellenaußenfläche sicherzustellen und für eine ausreichende Abstützung der Mitnehmerelemente in der Radialrichtung zu sorgen.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nabeninnenfläche mit Ausnahme der Axialnut eine zylindrische oder teilzylindrische, d. h. zylinderschalenförmige Fläche ist.

Die Nabeninnenfläche kann in diesem Fall in besonders einfacher Art und Weise als Bohrung oder als Innenausdrehfläche erzeugt werden, in die dann mittels Räumen die Axialnuten eingebracht werden. Dies ist eine besonders einfache Art der Herstellung.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe- Verbindung ist zwischen zwei benachbarten Mitnehmerelementen ein Zwischenstück eingesetzt.

Insbesondere für größere Wellendurchmesser ist es empfehlenswert, zwischen Mitnehmerelementen, also im Bereich des Wellenzentrums der Welle, ein Zwischenstück einzusetzen. Dies kann gegebenenfalls zylindrisch oder scheibenförmig oder rohrförmig sein, so dass eine punkt- bzw. ringlinienförmige Auflage der Kugeln gewährleistet ist. Dies reduziert die Flächenpressung der Kugeln gegeneinander und verhindert ungewollte Abplattungen im Betrieb. Weiterhin ist durch das Vorsehen von Zwischenelementen eine Querbohrung mit kleinerem Durchmesser und damit eine Übertragung höherer Drehmomente möglich.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Zwischenstück elastisch vorgespannt, um die Mitnehmerelemente radial nach außen vorzuspannen.

Das Zwischenstück kann beispielsweise ein verformbares Material wie z. B. ein Gummi oder Hartgummi oder ein Federelement sein, um die Mitnehmerelemente radial nach außen vorzuspannen. Dies sorgt für einen besonders ruhigen Lauf, da eine Spielfreiheit in Rotationsrichtung/Umfangsrichtung zwischen den Mitnehmerelementen und Begrenzungswandungen der Axialnuten, insbesondere wenn die Begrenzungswandungen schräggestellt/ geneigt sind, erfolgen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Seitenwände der Axialnut gegenüber einer Radialrichtung R um einen Winkel a geneigt ausgebildet.

Um einen Winkel a geneigte Seitenwände der Axialnut gegenüber einer Radialrichtung R helfen, einen besonders geräuscharmen Lauf der Welle-Nabe- Verbindung sicherzustellen, insbesondere wenn Mitnehmerelemente radial vorgespannt gegen derart schräggestellte/geneigte Wände anliegen.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Nabe axial benachbart zur Nabeninnenfläche radial erweitert ausgebildet und bildet mit der Wellenaußenfläche einen Ringspalt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Welle axial benachbart zur Querbohrung radial verkleinert ausgebildet und bildet mit einer Nabeninnenfläche einen Ringspalt.

Mit den oben genannten beiden Ausführungsformen zur Erzeugung eines Ringspaltes ist es besonders vorteilhaft, dass die Nabeninnenfläche und insbesondere auch die entsprechenden Axialnuten in Axialrichtung kurz gehalten werden können und somit der Bearbeitungsaufwand hinsichtlich der entsprechenden Toleranzen aufgrund kleinerer Flächenausdehnungen minimiert ist. Zudem stellt ein Ringspalt eine einfache Möglichkeit dar, für eine Zentrierung oder eine axiale Abstützung der Welle gegenüber der Nabe zu sorgen, wie es weiter unten beschrieben werden wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sitzt im Ringspalt zur Zentrierung der Nabe gegenüber der Welle ein Zentrierring.

Ein Zentrierring stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, durch Abstützung der Welle gegenüber der Nabe im Ringspalt eine Zentrierung der Welle bezüglich der Nabe zu erreichen. Bevorzugt ist der Zentrierring aus einem gegenüber der Welle und/oder der Nabe elastischeren Material gebildet.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform sitzt zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit der Welle relativ zur Nabe ein Stützring im Ringspalt.

Ein Stützring, der sich gegebenenfalls an axialen Schulterflächen der Nabe und/oder der Welle abstützt, kann für eine axiale Festlegung der Nabe bezüglich der Welle sorgen und stellt eine einfache Möglichkeit zur Sicherstellung der Axialführung der Nabe bezüglich der Welle dar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich einer radialen Außenkante der Querbohrung die Querbohrung radial nach innen auf einen gegenüber dem Durchmesser des Mitnehmerelements kleineren Durchmesser verformt.

Eine derartige Verformung der Querbohrung, beispielsweise durch Quetschen oder Verstemmen oder andersartige mechanische Verformung, ist eine einfache Möglichkeit, in einem Zeitraum vor der Montage der Welle in der Nabe ein unbeabsichtigtes Verlieren von Mitnehmerelementen zu vermeiden. Aufgrund eines lokal verengten freien Durchmessers der Querbohrung sind wenigstens die Mitnehmerelemente unverlierbar gehalten.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der Nabeninnenfläche größer ist als der Durchmesser des Mitnehmerelements, insbesondere größer als der Durchmesser des Mitnehmerelements in einer Tangentialebene an die Wellenaußenfläche und senkrecht zur Querbohrungsachse.

Diese Maßnahme stellt eine Möglichkeit dar, bei Vorsehen von Stützringen einen ausreichenden axialen Freigang der Kugeln in der Axialnutausnehmung sicherzustellen und somit eine ausreichende Eignung der Welle-Nabe-Verbindung zum Winkelausgleich bereitzustellen. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mitnehmerfläche der Axialnutausnehmung im Querschnitt gekrümmt, insbesondere an die ballige oder kugelige Oberfläche des überragenden Teilbereichs des Mitnehmerelements gleichsinnig anschmiegend gekrümmt ist.

Mit dieser Maßnahme gelingt es, durch das anschmiegende Anliegen des Mitnehmerelements bzw. dessen kugeliger oder balliger Oberfläche im überragenden Teilbereich eine besonders niedrige Flächenpressung zu erreichen und somit die Lebensdauer der Welle-Nabe-Verbindung zu erhöhen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Fluidpumpe mit einer Antriebswelle und einem Pumpenrotor, wobei wenigstens eine Welle-Nabe-Verbindung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, insbesondere zur Welle-Nabe-Verbindung zwischen einer Antriebswelle und einem Pumpenrotor die Welle-Nabe-Verbindung nach einer der obigen Ausführungsformen vorgesehen ist.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung auf eine Fluidpumpe hat besondere Vorteile dahingehend, dass ein besonders leiser Lauf mit minimalem Verschleiß möglich ist. Zudem kann aufgrund eines bewusst tolerierten Winkel Versatzes der Wirkungsgrad einer Fluidpumpe, beispielsweise einer Zentrifugalpumpe, erhöht werden, da eine geringere Dichtspalthöhe möglich ist, so dass Verlustströmungen minimiert sind. Die Welle-Nabe-Verbindung kann eine lastbedingte Schiefstellung einer deformierten Welle tolerieren, ohne dass hieraus eine Schiefstellung des Pumprotors zwangsläufig folgt, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem eine solche Schiefstellung des Pumprotors auftreten kann, bei der Erfindung eine solche Schiefstellung verhindert ist und deswegen eine derartige Schiefstellung auch nicht in allen Dichtspalten durch das prophylaktische Vorsehen größerer Dichtspalte berücksichtigt werden muss. Eine ausreichende Vermeidung von Kollisionen zwischen Rotor und umgebenden Bauteilen des Pumpenraumes kann mit kleineren Dichtspalten realisiert werden, so dass der Wirkungsgrad erhöht wird. Des Weiteren profitiert eine derartige Fluidpumpe von einer besonders drehstarren Übertragungsmöglichkeit von Drehmoment der Welle auf den Rotor.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : einen Längsschnitt entlang einer Mittelachse einer Welle der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2: einen Längsschnitt entlang der Wellenlängsachse einer erweiterten ersten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 3: einen Querschnitt durch eine Mittelebene von Mitnehmerelementen durch die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe- Verbindung;

Fig. 4: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung in einer Mittenebene der Mitnehmerelemente;

Figs. 5a - 5f: jeweils schematische Querschnitte durch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung in einer Mittenebene der Mitnehmerelemente, wobei sich die Ausführungsformen hinsichtlich der Ausgestaltung der Mitnehmerelemente (5a und 5b - 5f) und durch unterschiedliche Querschnittsausgestaltungen von

Axialnutausnehmungen (5b - 5f) unterscheiden.

Fig. 6: eine Fluidpumpe aufweisend die Welle-Nabe-Verbindung gemäß der

Erfindung im Längsschnitt. Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 zeigen Figur 1 in einem Längsschnitt, Figur 2 in einem perspektivischen Längsschnitt und Figur 3 in einem Querschnitt durch eine Mittelebene von Mitnehmerelementen 9.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente betreffen und die zweite Ausführungsform lediglich hinsichtlich ihrer Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben werden wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in Figuren 5a bis 5f gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente betreffen und die weiteren Ausführungsformen lediglich hinsichtlich ihrer Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben werden. Insbesondere sind die in diesen Ausführungsformen beispielhaft gezeigten Mitnehmerelemente- Axialnutausnehmungen-Kombinationen untereinander und auch mit den Ausführungsformen gemäß Figur 1 bis 3 und 4 ohne Weiteres kombinierbar.

Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 gemäß der ersten Ausführungsform besitzt eine Welle 2, die in einer möglichen Anwendung eine Pumpenwelle 2a sein kann. Die Welle 2 durchgreift eine Nabe 3, welche in einer besonderen Anwendung der Erfindung ein oder ein Teil eines Pumpenrotor(s) 3 a sein kann. Die Nabe 3 hat eine Nabenöffnung 4, welche durch eine Nabeninnenfläche 5 begrenzt ist. Die Nabeninnenfläche 5 ist in Figur 1 nicht sichtbar, sie wird in den Figuren 2, 3 und 4 angezogen. Der Nabeninnenfläche 5 ist korrespondierend eine Wellenaußenfläche 6 zugeordnet. Ein axialer Teilbereich 7 der Welle 2 durchgreift die Nabenöffhung 4. In diesem die Nabenöffnung 4 durchgreifenden Teilbereich 7 ist bevorzugt senkrecht zu einer Mittelachse M der Welle 2 eine Querbohrung 8 mit einer Querbohrungsachse QA vorgesehen. Die Querbohrungsachse QA steht - wie in den Ausführungsformen gezeigt - senkrecht auf der Wellenmittelachse M, kann jedoch auch schief winklig zu dieser angeordnet sein. In den Darstellungen gemäß der Figur 1 fallt die Wellenmittelachse M mit einer Nabenmittelachse N zusammen. Ziel der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 ist es, einen Winkelversatz zwischen der Wellenmittelachse M und der Nabenachse N auszugleichen. Ein solcher Winkelversatz kann in einem geringen Winkelgradbereich vorkommen, beispielsweise durch elastische Verformung der Welle 2 im Betrieb einer Fluidpumpe (nicht gezeigt).

Ein derartiger Winkelversatz liegt möglicherweise in einem Bereich zwischen 0° und 3°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0° und 1°.

In der Querbohrung 8 sitzen Mitnehmerelemente 9, die erfindungsgemäß beispielsweise als Wälzkörper, nämlich als Kugel 10, ausgebildet sind. Ein Durchmesser D der Querbohrung 8 entspricht dabei im Wesentlichen einem Durchmesser D der Kugel 10, so dass diese spielfrei oder nahezu spielfrei in der Querbohrung 8, in einer Radialrichtung R verschieblich, sitzen.

Der Durchmesser D der Kugeln 10 und der Querbohrung 8 ist dabei derart gewählt, dass der doppelte Durchmesser D größer ist als ein Wellendurchmesser Dw, so dass Mitnehmerabschnitte 11 der Kugel 10 beidendig am Ende der Querbohrung 8 über die Wellenaußenfläche 6 überstehen. Die Nabenöffnung 4 besitzt korrespondierend zu den über die Wellenaußenfläche 6 überstehenden Mitnehmerabschnitten 11 der Kugeln 10 Axialnutausnehmungen 12, welche in Umfangsrichtung U durch schrägstehende Seitenwände 13 begrenzt werden. Die schrägstehenden Seitenwände 13 sind um einen Winkel a zu einer Radialrichtung R schräg gestellt. Die Größe des Winkels a zur Radialrichtung R ist dabei spitzwinklig und bevorzugt derart gewählt, dass eine Normale der Seitenwände 13 durch den Berührpunkt der Kugeln 10 und der Seitenwände 13 in ihrer Verlängerung eine Innenwand der Querbohrung 8 schneidet.

Die Axialnutausnehmungen 12 sind in einfacher Art und Weise durch Räumen mittels eines geeigneten Räumwerkzeuges, z. B. einer Räumnadel, herstellbar. Die Nabeninnenfläche 5 ist in einfacher Art und Weise durch Innendrehen herstellbar. Die Querbohrung 8 der Welle 2 ist in einfacher Art und Weise durch Bohren herstellbar. Die Mitnehmerelemente 9 sind in besonders einfacher Art und Weise erfindungsgemäß als Kugeln 10 ausgebildet, die kostengünstig und in einer Vielzahl von Wunschdurchmessem vorgefertigt als Kaufteile/Normteile zur Verfügung stehen.

Die Nabenöffhung 4 ist axial benachbart zur Nabeninnenfläche 5 erweitert ausgebildet und bildet innerhalb der Nabe 3 eine erweiterte Nabenöffnung 4a. Die erweiterte Nabenöffnung 4a bildet in einem axial an die Nabeninnenfläche 5 anschließenden Bereich zusammen mit der Wellenaußenfläche 6 einen Ringspalt 14. Der Ringspalt 14 ist zur Aufnahme eines Zentrierrings 15, bzw. eines Stützrings 15a, ausgebildet, deren Funktionen nachfolgend erläutert werden.

Für den Fall, dass die Nabe 3 bezüglich der Welle 2 zentriert werden soll, d. h., dass möglichst die Mittelachse M und die Nabenachse N zusammenfallen, kann in einfacher Art und Weise in dem Ringspalt 14 der Zentrierring 15 eingesetzt werden, der eine radiale Position der Welle 2 gegenüber der Nabe 3 festlegt, sofern zwischen der Wellenaußenfläche 6 und der Nabeninnenfläche 5 ein Spalt, beispielsweise ein Spielspalt, vorhanden ist.

Der Stützring 15a wirkt als Stützring, wenn er alternativ oder zusätzlich zur Wirkung als Zentrierring 15 eine axiale Abstützung der Welle 2 bezüglich der Nabe 3 bewerkstelligen kann.

Zu diesem Zweck macht es Sinn, den Stützring 15a radial außenseitig in der erweiterten Nabenöffnung 4a z. B. mittels einer Presspassung festzulegen und bezüglich der Wellenaußenfläche 6 mit einer Spielpassung zu versehen. In einem solchen Fall kann die Welle 2 in Axialrichtung A soweit verschoben werden, bis die überstehenden Mitnehmerabschnitte 11 der Kugeln 10 in Axialrichtung A an einer Innenkante 20 des Stützrings 15a anstehen. Mit dieser Vorgehensweise ist ein gewisses Axialspiel und hieraus folgend ein auffangbarer Winkelversatz vorbestimmbar einstellbar. Durch die Wahl der axialen Längserstreckung der Nabeninnenfläche 5 kann dieses Axialspiel der Welle 2 bezüglich der Nabe 3 vorbestimmt werden. Selbstverständlich kann der Stützring 15a auch mittels einer Presspassung auf der Welle 2 festgelegt werden und zur Nabe 3 eine radiale Spielpassung aufweisen. In diesem Fall liegt der Stützring 15a axial an einem Nabensteg 5a an. Ein zweiter Stützring kann gegebenenfalls auf der gegenüberliegenden Seite gegen den Nabensteg 5a in gleicher Weise gesetzt sein, so dass die Welle in Axialrichtung A bezüglich der Nabe 3 spielfrei oder bevorzugt mit Spiel festgelegt ist.

Die Mitnehmerelemente 9, d. h. die Kugeln 10, sind durch ihre Mitnehmerabschnitte 11 in den Axialnutausnehmungen 12 aufgenommen und bilden somit in einer Umfangsrichtung U (Drehrichtung) einen drehformschlüssigen aber axial verschieblichen Verbund, mittels dem Drehmoment von der Welle 2 auf die Nabe 3 übertragbar ist.

Tritt nunmehr aufgrund mechanischer Beanspruchung beispielsweise eine geringfügige Durchbiegung oder Verbiegung der Welle 2 auf, so können die Kugeln 10 in den Axialnuten um einen kleinen Betrag in Axialrichtung A wandern und einen Winkelversatz der Mittelachse M gegenüber der Nabenachse N ausgleichen, ohne dass der in Umfangsrichtung U vorhandene Drehformschluss aufgegeben ist.

Zum Auffangen eines solchen Winkelversatzes ist es besonders zweckmäßig, im Falle des Vorsehens eines Zentrierrings 15, der ja sowohl auf der Wellenaußenfläche 6 als auch auf der Innenfläche der erweiterten Nabenöffhung 4a spielfrei anliegt, damit eine Zentrierfunktion erfüllt wird, elastisch zu gestalten, damit dieser den Winkelversatz der Welle 2 nicht unmittelbar auf die Nabe 3 überträgt.

In einer zweiten Ausführungsform gemäß Figur 4 ist in der Querbohrung 8 zusätzlich zu den beiden Mitnehmerelementen 9, die erfindungsgemäß als Kugeln 10 ausgebildet sind, ein Zwischenstück 16 vorgesehen, welches zwischen den Kugeln 10 angeordnet ist. Das Zwischenstück 16 ist in einer einfachst denkbaren Ausführungsform eine Scheibe, gegen die sich die Kugeln 10 abstützen. Durch das Vorsehen dieses Zwischenstücks 16 gelingt es bei gegebenen Durchmesser D der Kugeln 10 und der Querbohrung 8, einen größeren radialen Überstand der Mitnehmerabschnitte 11 zu erzeugen und somit ein günstigeres Kräfteverhältnis in den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln 10 und den Seitenwänden 13 zu erzeugen. Mit einer derartigen Anordnung sind höhere Drehmomente übertragbar.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Zwischenstück 16 als Ring ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zwischen den Kugeln 10 und dem Zwischenstück 16 keine Punktberührung sondern eine Linienberührung (ringförmig) vorliegt, so dass Flächenpressungen zwischen den Kugeln 10 und dem Zwischenstück 16 gering gehalten werden können.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenstück 16 aus einem elastischen Material, insbesondere als Druckfeder ausgebildet, welche hinsichtlich ihrer Dimensionierung und Materialwahl so gewählt ist, dass sie die Kugeln 10 in montiertem Zustand der Welle-Nabe-Verbindung 1 radial nach außen vorgespannt gegen die Seitenwände 13 drückt. Hierdurch kann eine spielfreie vorgespannte Anordnung der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 erreicht werden, so dass ein besonders geräuscharmer Lauf gewährleistet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Querbohrung 8 an ihren offenen Enden nach dem Einsetzen der Mitnehmerelemente 9 (Kugeln 10) verstemmt oder anderweitig mechanisch verformt, so dass eine Durchmesserverengung der Querbohrung 8 stattfindet. Hierdurch sind die Mitnehmerelemente 9 unverlierbar gehalten. Dies erleichtert insbesondere die Montage der Welle 2 mit den Mitnehmerelementen 9 in der Nabe 3.

Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, die axiale Erstreckung der Nabeninnenfläche 5 größer zu wählen als den Durchmesser D der Mitnehmerelemente 9, d. h. der Kugel 10, insbesondere größer zu machen als den Durchmesser D des Mitnehmerelement 9, d. h. der Kugel 10 in einer Tangentialebene an die Wellenaußenfläche 6 und senkrecht zur Querbohrungsachse QA. Wenn dies der Fall ist, steht der Mitnehmerabschnitt 11, der in einer Radialrichtung R über die Wellenaußenfläche 6 übersteht, in Axialrichtung A auch über die Nabeninnenfläche 5 vor, so dass durch geeignetes Platzieren der Stützringe 15a bzw. der Zentrierringe 15 in Axialrichtung A ein Axialspiel und/oder ein maximal möglicher Winkelversatz gut einstellbar ist.

In dieser Ausführungsform gelingt es, eine axiale Beweglichkeit der Kugeln 10 in der Axialnutausnehmung 12 sicherzustellen, auch wenn beidseits des Nabensteges 5 a Stützringe 15a anliegen sollten. Es besteht ausreichend Freigang für die Kugeln im Falle eines Winkelversatzes der Mittelachse M gegenüber der Nabenachse N.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 5a sind die Mitnehmerelemente 9 als zylindrische Stifte 30 ausgebildet, welche mit einem Zylinderabschnitt 31 in der Querbohrung 8 sitzen und einen balligen oder kugeligen Mitnehmerabschnitt 11 aufweisen. Bei dieser Ausführungsform der Mitnehmerelemente 9 ist wesentlich, dass der Mitnehmerabschnitt 11 der zylindrischen Stifte 30, der über die Wellenaußenfläche 6 übersteht, nicht zylindrisch ist, sondern eine ballige oder kugelförmige Raumform besitzt. Erfindungsgemäß soll gerade nicht eine Zylinderaußenfläche der zylindrischen Stifte 30 mit den Seitenwänden 13 der Axialnutausnehmung 12 in Kontakt gelangen. Die Ausgestaltung der Mitnehmerelemente 9 als zylindrische Stifte 30 ermöglicht es, auf das Zwischenstück 16 zu verzichten und trotzdem ein aneinander Anliegen von sich in Radialrichtung R in der Querbohrung 8 gegenüberliegenden Mitnehmerelementen 9 zu gewährleisten, ohne einen übermäßig großen Durchmesser der Querbohrung 8 wählen zu müssen.

In der Ausführungsform gemäß Figur 5a sind als Mitnehmerelemente 9 zwei zylindrische Stifte 30 mit balligem und/oder kugeligen Mitnehmerabschnitt 11 dargestellt. Selbstverständlich kann als Mitnehmerelement 9 auch ein einzelner zylindrischer Stift 30 vorgesehen sein, der beidendig im über die Wellenaußenfläche 6 überstehenden Bereich (= Mitnehmerabschnitt 11) kugelig oder ballig ausgeführt ist. Lediglich der Bereich, in dem der zylindrische Stift 30 vorliegt und innerhalb der Querbohrung 8 angeordnet ist, ist zylindrisch ausgebildet. Hierfür kann sich z. B. ein Passstift mit beidendig linsenförmigen Kuppen anbieten. Die Axialnutausnehmung 12 dieser Ausführungsform (Figur 5 a) entspricht hinsichtlich ihres Querschnitts der vorbeschriebenen Axialnutausnehmung 12, welche einen Nutboden 17 besitzt, der senkrecht zur Radialrichtung R ausgerichtet ist und gleichwinklig um den Winkel a zur Radialrichtung R geneigte Seitenwände 13 besitzt, so dass insgesamt eine in etwa trapezförmige Querschnittsraumform gebildet ist. Der Winkel a zwischen den Seitenwänden 13 und der Radialrichtung R kann für beide Seitenwände 13 gleich oder unterschiedlich sein, so dass unterschiedliche Berühmormalen zwischen den Seitenwänden 13 und dem balligen und/oder kugeligen Mitnehmerabschnitt 11 in den Berührpunkten vorliegen.

Diejenigen Seitenwände 13, an denen die Mitnehmerelemente 9 zur Drehmomentübertragung anliegen, sind ihrer Funktion nach somit als Mitnehmerflächen der Axialnutausnehmungen 12 zu verstehen, die mit den Mitnehmerabschnitten 11 der Mitnehmerelemente 9 bei einem drehenden Antrieb kraftübertragend Zusammenwirken.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung der Mitnehmerelemente 9 als ein Paar von zylindrischen Stiften 30 oder einem einzelnen zylindrischen Stift 30 kann ohne Weiteres auch bei einer Welle-Nabe-Verbindung 1 mit den nachfolgend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen der Axialnutausnehmungen 12 eingesetzt werden.

Die Ausführungsformen gemäß den Figuren 5b bis 5f betreffen unterschiedliche Ausgestaltungen der Axialnutausnehmungen 12. In den Figuren sind jeweils Axialnutausnehmungen 12 in deren unterschiedlicher Variante in einer Eingriffssituation im Bereich des zeichnerisch oben dargestellten Mitnehmerelements 9 dargestellt. Selbstverständlich sind auch entsprechende Axialnutausnehmungen 12 im Bereich der zeichnerisch unten dargestellten Mitnehmerelemente 9 vorhanden und verwirklicht.

Anhand der Figuren 5b bis 5f werden asymmetrische Nutenformen der Axialnutausnehmungen 12 beschrieben werden, so dass zu deren technischem Verständnis es sinnvoll ist, eine Drehrichtung DR, d. h. eine Lastübertragungsrichtung, festzulegen. In den nachfolgenden Beschreibungen ist jeweils die Welle 2 der dargestellten Welle-Nabe-Verbindung 1 eine Antriebswelle, welche Drehmoment auf die Naben 3 überträgt. In den zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen ist dabei die Drehrichtung DR der Welle 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Aufgrund ihrer Asymmetrie eignen sich die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der unterschiedlichen Axialnutausnehmungen 12 hauptsächlich für einen Betrieb mit lediglich einer Drehrichtung D R , wie dargestellt in den Figuren 5b bis 5f. Eine zur Drehrichtung D R entgegengesetzte Drehrichtung und die hieraus resultierenden Kräfte sind zwar mit den dargestellten Axialnutformen der Axialnutausnehmungen 12 übertragbar, jedoch eignen sich für einen solchen Lastfall (wechselnde Drehrichtungen) symmetrische Axialnutausnehmungen 12 in besonderem Maße.

In Figur 5b ist die Axialnutausnehmung 12 als im Querschnitt halbkreisförmige oder zumindest kreisabschnittsförmige Nut ausgebildet, deren Radius etwas größer ist als der Radius des balligen/kugeligen Abschnitts des Mitnehmerelements 9 bzw. der im dargestellten Ausführungsbeispiel vorhandenen Kugel 10. Hierdurch gelingt es, die Kugeloberfläche besonders anschmiegend in Kontakt zu bringen mit der Nutfläche der Axialnutausnehmung 12, was die Flächenpressungen entsprechend reduziert.

Eine weitere Ausführungsform der Axialnutausnehmung 12 zeigt Figur 5c. In dieser Ausführungsform ist die Axialnutausnehmung 12 in Drehrichtung DR gesehen mit einer Schrägfläche 18 versehen, welche einen Winkel α besitzt, der größer ist als der Winkel a in der Ausführungsform gemäß Figur 5a. Im vorliegenden Beispiel beträgt dieser Winkel insbesondere etwa 45°. Der Nutboden 17 ist in dieser Ausführungsform senkrecht zur Radialrichtung R ausgerichtet. Eine zur Schrägfläche 18 gegenüberliegende Seitenwand 13 verläuft parallel zur Radialrichtung R.

In der Ausführungsform dargestellt in Figur 5d ist die Axialnutausnehmung 12 im Querschnitt pultdachförmig mit einem zur Radialrichtung R schräggestellten Nutboden 17 ausgebildet. Die Seitenwände 13 verlaufen in dieser Ausführungsform parallel zur Radialrichtung R.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Figur 5e. Dort ist die Axialnutausnehmung 12 als im Querschnitt viertelkreisförmige Nut ausgebildet, welche eine Seitenwandung 13 besitzt, die senkrecht zur Radialrichtung R verläuft. Die Seitenwandung 13 dieser Ausführungsform ist mittels einer bogenförmigen, insbesondere viertelkreisbogenförmigen Bogenwandung 19 ausgebildet, deren Radius größer ist als der Radius des überstehenden Teils (Mitnehmerabschnitt 11) des Mitnehmerelements 9, so dass auch bei dieser Ausführungsform eine anschmiegende Anlage des Mitnehmerelements 9, insbesondere dessen balligen oder kugeligen überstehenden Bereichs erfolgt.

In einer weiteren Ausführungsform gemäß Figur 5f ist die Axialnutausnehmung 12 mit einem Nutboden 17 ausgestattet, welcher senkrecht zur Radialrichtung R ausgebildet ist. Eine Seitenwandung 13 verläuft parallel zur Radialrichtung R. Der Nutboden 17 ist mittels einer Bogenwandung 19a zur Nabeninnenfläche 5 geführt. Ein Radius der Bogenwandung 19a ist dabei ebenfalls größer gewählt als der Radius des kugelförmigen Mitnehmerelements 9 oder des überstehenden Teilbereichs (Mitnehmerabschnitts 11) des Mitnehmerelements 9.

Mit der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 gelingt es mit besonders einfachen Mitteln (Ausgestaltung der Mitnehmerelemente 9 z. B. als Kugeln 10) und besonders einfachen Herstellverfahren (Bohren, Drehen, Innendrehen und Räumen, gegebenenfalls Sintern), eine Welle-Nabe-Verbindung 1 zu kreieren, die einerseits eine gute, formschlüssige, insbesondere spielfreie Drehmomentübertragung ermöglicht und andererseits einen Winkelversatz zwischen der Wellenmittelachse M und der Nabenachse N ausgleichen kann, der in einem Bereich von wenigen Grad, insbesondere in einem Bereich zwischen 0° und 3°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 1° liegt.

Eine solche Welle-Nabe-Verbindung 1 ist insbesondere für den Einsatz in einer Fluidpumpe (nicht gezeigt), beispielsweise zwischen einer Welle 2, die als Pumpenwelle 2a ausgebildet ist, und einer Nabe 3, die beispielsweis als Pumpenrotor 3 a ausgebildet ist, geeignet.

Figur 6 zeigt eine solche erfindungsgemäße Fluidpumpe 100 im Längsschnitt, welche eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 aufweist. Eine derartige Fluidpumpe 100 besitzt ein Antriebsgehäuse 101, in dem ein Antriebsmotor 102 angeordnet ist. Der Antriebsmotor 102 besitzt eine Antriebswelle 103, welche mittels Wälzlagern 104 um die Mittelachse M rotierbar ist. Weiterhin besitzt die Fluidpumpe 100 ein Pumpengehäuse 105, in welchem ein Pumpenelement 106 um die Mittelachse M rotierbar angeordnet ist. Das Pumpenelement 106 ist mit einem Wellenzapfen 107 über die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindung 1 drehfest verbunden. Der Wellenzapfen 107 entspricht somit der in der vorangehenden Beschreibung beschriebenen Welle 2 der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1.

Das Pumpenelement 106 entspricht dem vorbeschriebenen Pumpenrotor 3 a. Das Pumpenelement 106 besitzt die erweiterte Nabenöffhung 4a, die der Wellenzapfen 107 durchgreift. Des Weiteren ist die Nabenöffhung 4 vorhanden, die ebenfalls von dem Wellenzapfen 107 durchgriffen ist.

Der Wellenzapfen 107 weist die Querbohrung 8 auf, in der die Mitnehmerelemente 9 sitzen. Die Mitnehmerelemente 9 sitzen mit ihrem über die Wellenaußenfläche 6 herausragenden Bereich in den Axialnutausnehmungen 12.

In der Ausführungsform gemäß Figur 6 ist zwischen den Mitnehmerelementen 9, die in dieser Ausführungsform als Kugeln 10 ausgebildet sind, als Zwischenstück 16 ein elastisches Element, z. B. eine Druckfeder, eingesetzt.

Mit der erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindung 1 im Anwendungsfall einer Fluidpumpe 100 gelingt es insbesondere, einen Winkelversatz zwischen der Mittelachse M der Welle 2/ Antriebswelle 103/des Wellenzapfens 107 und einer Nabenachse N des Pumpenelements 106/der Nabe 3 auszugleichen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Pumpenelement 106 bzw. der Pumpenrotor 3 a relativ spielfrei im Antriebsgehäuse 101 bzw. relativ zum Pumpengehäuse 105 geführt werden kann und somit Pumpenspaltverluste minimiert werden können. Die erfindungsgemäße Welle- Nabe-Verbindung 1 ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar sowie einfach montierbar. Bezugszeichenliste

1 Welle-Nabe-Verbindung

2 Welle

2a Pumpenwelle

3 Nabe

3a Pumpenrotor

4 Nabenöffhung

4a erweiterte Nabenöffhung

5 Nabeninnenfläche

5a Nabensteg

6 Wellenaußenfläche

7 Teilbereich

8 Querbohrung

9 Mitnehmerelemente

10 Kugeln

11 Mitnehmerabschnitt

12 Axialnutausnehmung

13 Seitenwände

14 Ringspalt

15 Zentrierring

15a Stützring

16 Zwischenstück

17 Nutboden

18 Schrägfläche

19; 19a Bogenwandung

20 Innenkante

30 zylindrische Stifte

31 Zylinderabschnitt

100 Fluidpumpe

101 Antriebsgehäuse

102 Antriebsmotor

103 Antriebswelle

104 Wälzlager

105 Pumpengehäuse

106 Pumpenelement

107 W ellenzapfen

D Durchmesser

D R Drehrichtung

D w Wellendurchmesser

M Mittelachse

N Nabenachse

QA Querbohrungsachse

A Axialrichtung

R Radialrichtung

U Umfangsrichtung α Winkel