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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenzapfen,
der drehbar gelagert ist, und einem Drehgelenk, in dessen Gelenkinnenteil
der Wellenzapfen verdrehfest eingreift, insbesondere in der Längswelle
eines Kraftfahrzeugantriebs. Der Wellenzapfen kann in einem Achsgetriebe axial
und radial festgelegt sein, wobei das Drehgelenk sich dann an einem
Ende der Längswelle
befindet; der Wellenzapfen kann auch in einem elastischen Zwischenlager
radial elastisch aufgehängt sein,
wobei das Drehgelenk dann als Mittelgelenk einer zwei- oder mehrteiligen
Längswelle
eingesetzt ist. Ein besonderes Problem ist hierbei in jedem Fall die
axiale Fixierung des Drehgelenks gegenüber dem Wellenzapfen.
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Bei
derzeit ausgeführten
Lösungen
erfolgt die Anbindung eines hinteren Längswellendrehgelenks an einen
Achsgetriebezapfen über
eine Flanschverbindung. Hiermit ist eine Toleranzenaufsummierung
aus dem Flanschschlag gegenüber
dem Achsgetriebezapfen, dem Gelenkschlag und der Passung zwischen
dem Drehgelenk und dem Flansch in Kauf zu nehmen.
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Der
Bauraum moderner Kraftfahrzeuge ist immer größeren Beschränkungen
unterworfen. Dies gilt auch für
den für
den Antriebsstrang zur Verfügung stehenden
Bauraum. Gleichzeitig werden an den im Kraftfahrzeug montierten
Antriebsstrang immer höhere
Anforderungen bezüglich
zulässiger
Unwuchten gestellt. Unwuchten errechnen sich als Produkt aus Masse
und Schwerpunktabstand von der jeweiligen Rotationsachse.
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Aus
der WO 98/35174 ist es bekannt, das Gelenkaußenteil eines hinteren Längswellengelenks unmittelbar über eine
Wellenverzahnung mit dem Eingangszapfen des Achsgetriebes zu verbinden.
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Aus
der
DE 36 42 438 C2 ist
eine Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenzapfen und dem Gelenkinnenteil
eines Gleichlaufdrehgelenks bekannt, bei der der Wellenzapfen mittels
Keilverzahnungen mit dem Gelenkinnenteil drehfest verbunden ist.
Es ist ein hohlzylindrischer Haltekörper zwischen dem Wellenzapfen
und dem Gelenkinnenteil vorgesehen, der mit einem Innenbund in eine
Umfangsnut am Wellenzapfen eingesetzt ist und der über eine Mehrzahl
von sich in Längsrichtung
erstreckenden Fingern verfügt,
die mit Flanschabschnitten an ihren Enden in eine Innennut im Gelenkinnenteil
eingreifen, wodurch Wellenzapfen und Gelenkinnenteil axial zueinander
festgelegt sind. Die Finger halten ausschließlich aufgrund ihrer nach außen gerichteten elastischen
Rückstellkraft
mit den Flanschabschnitten in der Innennut im Gelenkinnenteil. Der
hohlzylindrische Haltekörper
ist am Umfang geschlitzt.
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Aus
der
DE 34 30 206 C2 ist
eine Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenzapfen und dem Gelenkinnenteil
eines Gleichlaufgelenks bekannt, bei der mittels Keilwellenverzahnungen
eine verdrehfeste Verbindung sichergestellt ist. Ein hohlzylindrisches
Verbindungselement greift mit einem Innenbund in eine äußere Ringnut
auf dem Wellenzapfen axial formschlüssig ein und stützt sich
mit längsgerichteten
Fingern größerer Länge in einer
inneren Ringnut im Gelenkinnenteil und mit längsgerichteten Fingern geringerer
Länge an
dessen Stirnfläche
jeweils axial ab. Das Verbindungselement besteht aus Kunststoff.
Die längsgerichteten
Finger größerer Länge halten
ausschließlich
aufgrund ihrer Elastizität
radial in der inneren Ringnut.
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Aus
der
US 3,782,840 ist
ein Verbindungselement zur formschlüssigen Verbindung zwischen
einem Rohr und einer Verbindungsmuffe bekannt, bei der ein hülsenförmiges Verbindungselement
vorgesehen ist, das an einem Ende längsgerichtete Finger aufweist,
die mit Innenwülsten
in eine Ringnut im Rohr eingreifen. Die Finger werden von einem
Ring radial gehalten, der jedoch am Umfang geschlitzt ist. Zusätzlich werden
die Finger in ihrer Einrastposition von einer äußeren axial verschiebbaren
Manschette radial gehalten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung
der genannten Art bereitzustellen, bei der eine axial wirksame Rastverbindung
zwi schen einer mit dem Gelenkinnenteil axial fest verbundenen Sicherungshülse und
einer Ringnut auf dem Wellenzapfen vorgesehen ist und bei der eine
Anbindung mit sicherer axialer Fixierung auf einfache Weise möglich ist.
Hierbei soll insbesondere eine leichte Montage und geringe Montagekräfte gegeben
sein soll. Die Lösung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Sicherungshülse
im Bereich der Rastverbindung mit der Ringnut mit Spannmitteln radial
gesichert ist. Hierbei ist die Sicherungshülse bevorzugt im Bereich der
Rastverbindung mit der Ringnut axial geschlitzt. Zum formschlüssigen Eingriff
in der Ringnut weist die Sicherungshülse bevorzugt einen nach innen
eingedrückten
Ringwulst auf. Solche Spannmittel können ein übliches überlappendes Spannband oder
ein endlos ausgeführter
radial gekrimpter Spannring sein.
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Hiermit
erfolgt erfindungsgemäß die axiale Festlegung
des Drehgelenks auf dem Wellenzapfen mittels einer Sicherungshülse, die
als einfache Blechhülse
ausgeführt
werden kann und die mit dem Gelenkinnenteil des Drehgelenks fest
verbunden ist. Für
diese Anbindung der Sicherungshülse
mit dem Gelenkinnenteil werden die folgenden Ausführungsformen
beispielhaft genannt:
- – die Sicherungshülse ist
am Gelenkinnenteil angeschweißt;
- – die
Sicherungshülse
ist am Gelenkinnenteil stumpf angeschweißt;
- – die
Sicherungshülse
weist einen Flanschabschnitt auf, der am Gelenkinnenteil angeschweißt ist;
- – die
Sicherungshülse
ist mit dem Gelenkinnenteil axial formschlüssig verbunden;
- – an
der Sicherungshülse
ist ein Außenwulst
angebracht, der in eine Innennut im Gelenkinnenteil eingreift;
- – am
Sicherungselement sind Haltezungen mit Flanschflächen ausgebildet, die das Gelenkinnenteil
innen durchsetzen und die sich gegenüberliegend zur Umfangsnut am
Gelenkinnenteil axial abstützen.
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Durch
die genannte Schlitzung der Sicherungshülse entstehen einzelne Zungen,
die sich beim Aufschieben der Sicherungshülse auf den Wellenzapfen leicht
radial elastisch ausbiegen lassen, bis die Formschlußmittel
in die Ringnut einrasten.
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Diese
Zungen sind dementsprechend nach der Montage radial zu sichern.
Nach einer alternativen Ausführung
kann auch eine über
dem Umfang ungeteilte Sicherungshülse auf den Wellenzapfen aufgeschoben
werden und ein Abschnitt der Hülse
in die Umfangsnut wulstförmig
eingerollt werden. Eine derart hergestellte Verbindung bedarf keiner
zusätzlichen
Sicherung, ist allerdings nicht zerstörungsfrei demontierbar.
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Nach
einer besonderen Ausführungsform
ist bei einer am Gelenkinnenteil ringförmig angeschweißten Sicherungshülse auf
der Gegenseite zugleich ein Ringdeckel auf das Gelenkinnenteil angeschweißt, so daß die drehfeste
Verbindung zwischen dem Wellenzapfen und dem Gelenkinnenteil vollkommen
gegenüber
dem Gelenkraum abgedichtet ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, daß ein
Dichtungselement, das mit dem Gelenkaußenteil des Drehgelenks abdichtend
verbunden ist, auf dem Wellenzapfen festgelegt ist. Weiterhin wird
vorgeschlagen, daß das Dichtungselement
zusammen mit der Sicherungshülse
mit den Spannmitteln radial auf dem Wellenzapfen festgelegt ist.
Nach einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, daß das
Dichtungselement an seinem Außenumfang
in einer Anschlußhülse festgelegt
ist, die mit dem Gelenkaußenteil
fest verbunden ist. Hierbei wird vorgeschlagen, daß das Dichtungselement
mit einer Dichtlippe an einer Radialfläche am Wellenzapfen, insbesondere
einer Wellenmutter, abdichtend anliegt.
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Nach
einer ersten Alternative ist es möglich, daß das Dichtungselement eine
im wesentlichen radial verlaufende Membrandichtung, insbesondere
mit zumindest einem Manschettenabschnitt ist.
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Nach
einer zweiten Alternative ist es möglich, daß das Dichtungselement ein
Rollbalg ist, der mit einem Manschettenabschnitt auf dem Sicherungselement
aufsitzt.
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Durch
die oben beschriebene Art der Abdichtung ist die Verbindungsanordnung
weitgehend korrosionsgeschützt.
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Die
Einheit aus Drehgelenk, Dichtungselement und Sicherungshülse läßt sich
als vormontierte abgeschlossene Montageeinheit ausführen, wobei Transportschutzelemente
zur Abdichtung des Gelenkinnenraums, wie sie heute häufig notwendig
sind, entfallen können.
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Die
Montage einer derart vormontierten Einheit im Fahrzeug umfaßt die folgenden
Schritte:
Aufschieben der abgedichteten Drehgelenkeinheit bis
zum Einschnappen der Rastverbindung auf dem Wellenzapfen;
Anbringen
der Spannmittel, die gegebenenfalls als ungeteilter Klemmring bereits
zuvor auf einen Manschettenabschnitt der Dichtungsmittel aufgeschoben war.
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Damit
ist eine solche Einheit fertig vormontiert.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
hat die folgenden Vorteile:
Drehgelenk, Abdichtmittel und Axialmontagemittel bilden
eine Einheit;
die Anordnung ist zerstörungsfrei lösbar und wiederholt verschließbar bzw.
allenfalls unter Zerstörung und
Ersatz des Sicherungselementes lösbar
und erneut verschließbar;
das
Gleichlaufdrehgelenk mit Abdichtung und Axialhaltemitteln kann als
fettgefüllte
abgedichtete Einheit ohne zusätzliche
Transportabdichtung ausgeführt werden;
die
genannte Einheit läßt sich
sehr einfach auf dem Wellenzapfen montieren;
mit einfachen
Abwandlungen ist ein Korrosionsschutz der angrenzenden Konstruktionsumgebung, insbesondere
des Gewindes einer Spannmutter zur Lagerverspannung der Wellenzapfenlagerung,
möglich;
die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
ist weitgehend unabhängig
vom verwendeten Gelenktyp.
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Die
unmittelbare Verbindung zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Wellenzapfen über eine Wellenverzahnung
umfaßt
nur eine einzige toleranzbehaftete Verbindung. Es ergibt sich eine
wesentlich genauere Festlegung der Lage der Rotationsachse der Längsantriebswelle.
Unwuchten, die aus der Exzentrizität der Gelenkposition zur Rotationsachse
einer Flanschverbindung herrühren,
werden vermieden.
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Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
bietet eine sichere axiale Fixierung des Drehgelenks bei einer wesentlich
reduzierten Toleranzkette und der Verwendung von wenigen Teilen.
Hierbei ist darüber
hinaus eine starke Gewichtsreduzierung möglich, die zusätzlich zu
einer Verringerung der Unwucht führt.
Bei Verwendung einer Membrandichtung kann die Baulänge deutlich
verkürzt
werden. Die Kraglänge
des Wellenzapfens kann reduziert werden, wodurch die allgemeine
Schwingungsempfindlichkeit der Längsantriebswelle
verbessert werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend
beschrieben.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
ersten Ausführung;
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
zweiten Ausführung;
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3 eine
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
dritten Ausführung;
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4 eine
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
vierten Ausführung;
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5 eine
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
fünften
Ausführung;
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6 eine
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung
zwischen einem Wellenzapfen und einem Gleichlaufdrehgelenk in einer
sechsten Ausführung;
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7 die
elastische Hülse
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
nach 1,
a) in einer ersten Axialansicht,
b)
im Längsschnitt,
c)
in einer zweiten Axialansicht;
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8 die
elastische Hülse
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
nach 2,
a) in einer ersten Axialansicht,
b)
im Längsschnitt,
c)
in einer zweiten Axialansicht;
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9 die
elastische Hülse
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
nach 3,
a) in einer ersten Axialansicht,
b)
im Längsschnitt,
c)
in einer zweiten Axialansicht;
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10 die
elastische Hülse
einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
nach 4,
a) in einer ersten Axialansicht,
b)
im Längsschnitt,
c)
in einer zweiten Axialansicht.
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Die 1 bis 6 werden
nachstehend zunächst
gemeinsam beschrieben, soweit ihre Einzelheiten übereinstimmen. Es ist eine
Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenzapfen 11 und
einem Gleichlaufdrehgelenk 12 gezeigt. Der Wellenzapfen ist über ein
Schrägrollenlager 13 in
einem Gehäuse 14 gelagert,
das hier das Achsgehäuse
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges darstellt. Das Gleichlaufdrehgelenk 12 ist
mit einer Längswelle 17 des Fahrzeugantriebsstrangs
verbunden. Anstelle des Achsgetriebes kann auch ein Zwischenlager
des Antriebsstrangs der Aufnahme des Wellenzapfens 11 dienen.
Das Schrägrollenlager 13 ist
mit einer Spannmutter 18, die auf einen Gewindeabschnitt 15 des Wellenzapfens
aufgedreht ist, axial verspannt. Die Spannmutter 18 ist über eine
Wellendichtung 20 gegenüber
dem Achsgehäuse 14 abgedichtet.
Die Wellendichtung ist durch einen Deckel 21, der auf der Spannmutter 18 festgelegt
ist, gegen mechanische Beschädigung
geschützt.
Das Gleichlaufdrehgelenk 12 umfaßt ein Gelenkaußenteil 22,
das über
eine angeschweißte
Manschette 23 mit der Längswelle 17 verschweißt ist,
ein Gelenkinnenteil 24, drehmomentübertragende Kugeln 26 sowie
einen Kugelkäfig 25. Das
Gleichlaufdrehgelenk 12 ist als Festgelenk ausgeführt, wobei
erste Paare von Kugelbahnen 27, 28 vorgesehen
sind, die sich in Richtung zum Achsgehäuse öffnen und zweite Paare von
Kugelbahnen 29, 30 vorgesehen sind, die sich in
Richtung zur Längswelle 17 öffnen. Das
Gelenkinnenteil 24 ist auf einem Wellenverzahnungsabschnitt 16 des
Wellenzapfens 11 verdrehfest festgelegt. Zwischen der Manschette 23 und
dem Gelenkaußenteil 22 ist
ein Deckel 31 eingelegt, der das Gelenk in Richtung zur
Längswelle 17 hin
abdichtet, insbesondere die Fettfüllung des Gelenks einschließt. Auf
dem Gelenkaußenteil 22 ist weiter
eine Blechhülse 32 aufgesetzt,
die den Außenumfang
einer Membrandichtung 33 einfaßt, die auf noch näher zu beschreibende
Art das Gleichlaufdrehgelenk gegenüber dem Wellenzapfen 11 abdichtet.
Zwischen dem Gewindeabschnitt 15 des Wellenzapfens 11 und
dem Wellenverzahnungsabschnitt 16 des Wellenzapfens 11 ist
in einem Befestigungsabschnitt 19 eine Ringnut 39 am
Wellenzapfen ausgebildet, in die eine Sicherungshülse 41 mit
einem nach innen ein gedrückten
Ringwulst 43 eingreift, die mit dem Gelenkinnenteil 24 des
Gleichlaufdrehgelenks auf die eine oder andere Art axial verbunden
ist und mittels der das Gleichlaufdrehgelenk 12 gegenüber dem
Wellenzapfen 11 axial gesichert wird. Die Sicherungshülse 41 wird
von einem Manschettenabschnitt 34 der Membrandichtung 33 übergriffen,
der mittels eines Spannbandes 42 zusammen mit der Hülse 41 axial
formschlüssig
in der Ringnut 39 festgelegt ist. An dem Manschettenabschnitt 34 ist
eine Dichtlippe 35 angeformt, die unmittelbar an der Spannmutter 18 anliegt.
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In 1 ist
die Sicherungshülse 411 mit einem zylindrischen Endabschnitt
versehen, der stumpf an das Gelenkinnenteil 24 des Gleichlaufdrehgelenks
angeschweißt
ist.
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In 2 ist
die Sicherungshülse 412 mit einem Endflansch 45 ausgebildet,
der am Gelenkinnenteil flächig
anliegt und angeschweißt
ist. Die Membrandichtung 33 hat einen zweiten Manschettenabschnitt 36,
die an dem Endflansch abdichtend anliegt.
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In 3 ist
die Sicherungshülse 413 mit einem Haltewulst 47 versehen,
der in eine innenliegende Umfangsnut 40 des Gelenkinnenteils 24 eingreift. Auch
hier hat die Membrandichtung 33 einen zweiten Manschettenabschnitt 36,
der hier unmittelbar am Gelenkinnenteil 24 anliegt.
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In 4 ist
die Sicherungshülse 414 mit Haltezungen 48 versehen,
die an ihren Enden mit Flanschabschnitten 49 versehen sind,
die an der zur Umfangsnut 39 gegenüberliegenden Seite des Gelenkinnenteils 24 axial
anliegen. Die Membrandichtung 33 hat einen Manschettenabschnitt 36,
der unmittelbar an der der Umfangsnut 39 zugewandten Seite des
Gelenkinnenteils 24 anliegt.
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In 5 ist
die Sicherungshülse 415 nach Art der Sicherungshülse gemäß 3 ausgebildet,
wobei sie jedoch eine größere axiale
Länge hat.
Dies rührt
daher, daß anstelle
der kurzbauenden Membrandichtung gemäß den vorherigen Ausführungen, hier
ein Rollbalg 53 in einer Hülse 52 gehalten ist,
die auf dem Gelenkaußenteil 22 befestigt
ist. Der Rollbalg 53 ist ebenfalls mit einem Spannband 42 im
Bereich der Umfangsnut 39 gesichert, greift jedoch nicht formschlüssig in
diese ein.
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In 6 ist
die Sicherungshülse 416 im wesentlichen übereinstimmend mit der Sicherungshülse nach 1 ausgebildet
An der der Sicherungshülse gegenüberliegenden
Seite des Gelenkinnenteils 24 ist ein Ringdeckel 54 angeschweißt, der
die Axialverzahnung des Endabschnitts gemeinsam mit der Sicherungshülse 416 gegenüber dem Gelenkinnenraum abdichtet.
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In 7 ist
die Sicherungshülse 411 , die im wesentlichen baugleich ist
mit der Sicherungshülse 416 nach 6, als Einzelheit
gezeigt. Es ist erkennbar, daß die
Hülse in
ihrer rechten Axialhälfte
einen umfänglich
eingedrückten
Ringwulst 53 hat, die in die Umfangsnut 39 eingreift,
sowie im Bereich dieses Ringwulstes 43 Längsschlitze 44,
die ein radiales Ausbiegen des Hülsenabschnitts
zum Aufschieben auf den Wellenzapfen bis zum Einrasten in die Umfangsnut 39 erleichtern.
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In 8 sind
an der Sicherungshülse 418 links der Endflansch 45 und
rechts der Ringwulst 43 sowie die Längsschlitze 44 zu
erkennen.
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In 9 ist
die Sicherungshülse 413 gezeigt, bei der links ein äußerer Ringwulst 47 zum
Einrasten in eine Ringnut im Gelenkinnenteil erkennbar ist und rechts
der innere Ringwulst 43 und die Längsschlitze 44. Auch
im Bereich des Ringwulstes 47 könnten vom anderen Ende ausgehende
Längsschlitze
zur Erhöhung
der Elastizität
ausgebildet sein.
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In 10 ist
die Sicherungshülse 414 gezeigt, die rechts den Haltewulst 43 und
die Längsschlitze 44 sowie
die vorher beschriebenen Hülsen zeigt.
Am linken Ende sind einzelne Haltezungen 48 vorgesehen,
die mit Flanschflächen 49 verbunden sind.
Die Haltezungen 48 durchsetzen das Gelenkinnenteil in Bereichen,
die von Verzahnungen frei sind, während zwischen den Haltezungen 48 Verzahnungsbereiche
des Gelenkinnenteils zu liegen kommen, die mit Gegenverzahnungen
auf dem Ende des Wellenzapfens eine drehfeste Verbindung herstellen.
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- 11
- Wellenzapfen
- 12
- Gleichlaufdrehgelenk
- 13
- Wälzlager
- 14
- Achsgehäuse
- 15
- Gewindeabschnitt
(11)
- 16
- Wellenverzahnungsabschnitt
- 17
- Längswelle
- 18
- Mutter
- 19
- Befestigungsabschnitt
(11)
- 20
- Wellendichtung
- 21
- Deckel
- 22
- Gelenkaußenteil
- 23
- Anschlußmanschette
- 24
- Gelenkinnenteil
- 25
- Kugelkäfig
- 26
- Kugel
- 27
- erste
Kugelbahn
- 28
- zweite
Kugelbahn
- 29
- erste
Kugelbahn
- 30
- zweite
Kugelbahn
- 31
- Deckel
- 32
- Hülse
- 33
- Membrandichtung
- 34
- Manschettenabschnitt
- 35
- Dichtlippe
- 36
- Manschettenabschnitt
- 39
- Umfangsnut
- 40
- Umfangsnut
- 41
- Axialsicherungshülse
- 42
- Spannband
- 43
- Ringwulst
- 44
- Längsschlitz
- 45
- Endflansch
- 47
- Ringwulst
- 48
- Haltezungen
- 49
- Flanschflächen
- 52
- Hülse
- 53
- Rollbalg
- 54
- Ringdeckel