DE102005019199B4

DE102005019199B4 - Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102005019199B4
Application number: DE200510019199
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Cermak Herbert
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: DE102005019199A1

Abstract

Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Gelenkaußenteil (11) eines Gleichlaufgelenks (31), in dem axiale Durchgangslöcher (13) angeordnet sind, und einem Anschlußflansch (12), der durch die Durchgangslöcher (13) durchgesteckte, in axiale Gewindelöcher (14) des Anschlußflanschs (12) eingeschraubte Schrauben (21) aufnimmt, mittels derer das Gelenkaußenteil (11) und der Anschlußflansch (12) drehmomentfest miteinander verschraubt sind, wobei die Schrauben (21) mit dem Schraubenschaft (23) mit Spiel in den Durchgangslöchern (13) des Gelenkaußenteils (11) einliegen, wobei die Schrauben (21) jeweils Schraubenköpfe (22) mit einer konischen Auflagefläche (25) haben, die jeweils in konischen Ansenkungen (28) in der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) einsitzen, und wobei auf der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) ein Blechdeckel (15) mit Durchgangsöffnungen (16) aufliegt, auf dem die Schraubenköpfe (22) mit der konischen Auflagefläche (25) aufliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem. Rotationsteil, in dem axiale Durchgangslöcher angeordnet sind, und einem Anschlußflansch, der durch die Durchgangslöcher durchgesteckte, in axiale Gewindelöcher eingeschraubte Schrauben aufnimmt, mittels derer das Rotationsteil und der Anschlußflansch drehmomentfest miteinander verschraubt sind. Nach dem bevorzugten Anwendungsfall, auf den hier abgezielt wird, handelt es sich bei dem Rotationsteil um das Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks und bei dem Flanschteil um einen Anschlußflansch der mit dem Gelenkaußenteil zu verschrauben ist. Soweit im folgenden die Durchgangslöcher dem Gelenkaußenteil, das in der Regel die größere axiale Erstreckung hat, und die Gewindelöcher dem Anschlußflansch zugeordnet ist, muß festgestellt werden, daß eine Vertauschung dieser Zuordnungen möglich wäre, ohne daß sich am Gegenstand der Erfindung in der Sache etwas verändert. Zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Anschlußflansch kann ein Dichtungsdeckel eingespannt sein, wenn das Gelenkaußenteil ringförmig ist und ein sogenanntes Scheibengelenk bildet, das eine zusätzliche Abdichtung benötigt. Eine Verbindungsanordnung dieser Art ist aus der DE 102 08 962 A1 bekannt.
Bei bekannten drehmomentübertragenden Verbindungsanordnungen der hier genannten Art kann es zu einem Lösen der Schrauben kommen, wenn das zu übertragende Drehmoment höher ist, als das von den Reibkräften zwischen den Anlageflächen in der Flanschverbindung aufzunehmende Drehmoment. Hierbei kann es zu Bewegungen des Rotationsteils unter den Schraubenköpfen kommen, wobei sich die Schrauben infolge dieser Bewegungen lösen. Solche Bewegungen unter den Schraubenköpfen ergeben sich dann, wenn die Gleitbewegungen zwischen den Anlageflächen der Flanschverbindung so groß werden, daß die Relativbewegung zwischen den Flanschteilen nicht mehr durch eine elastische Biegeverformung der Schraubenschäfte aufgefangen werden kann. Dies ist also der Fall, wenn die Gleitbewegungen zwischen den Anlageflächen der Flanschteile dazu führen, daß die auf die Schraubenschäfte einwirkenden Biegekräfte größer sind, als die von den Schraubenköpfen an ihren Auflageflächen aufzunehmenden Reibungskräfte.
Aus der DE 37 15 204 A1 ist eine Sicherungsschraube mit einem Andruckteller und einem konischen Verformungsteil bekannt. Unter dem Andruckteller ist ein erstes zu befestigendes Teil mit einer Durchgangbohrung angeordnet, durch welche die Sicherungsschraube durchgeführt und in ein darunterliegendes Teil eingeschraubt wird. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung im zu befestigenden Teil ist kleiner als der konische Verformungsteil der Sicherungsschraube, so daß der konische Verformungsteil das zu befestigende Teil beim Anziehen der Schraube konisch verformt. Auf diese Weise soll ein Verkanten und ungewolltes Lösen der Schraube verhindert werden.
Aus der DE 36 08 728 C2 ist eine Verbindungsanordnung zwischen dem Gelenkaußenteil eines Tripodegelenks und einer Bremsscheibe bekannt, bei der Schrauben durch Durchgangslöcher in der Bremsscheibe gesteckt und in Gewindelöcher in einen am Gelenkaußenteil angeformten Flansch eingedreht sind. Die Schrauben haben Schraubenköpfe mit kugeligen Auflageflächen, während die eine zur Auflage für die Schraubenköpfe dienende Stirnfläche an der Bremsscheibe eben ist.
Aus der FR 839 409 A sind Verbindungsanordnungen zwischen einem Rad aus Leichtmetall und einem Radflansch bekannt, bei der Schrauben mit jeweils einem Kragen verwendet werden, die jeweils eine kugelige Auflagefläche bilden, wobei die Befestigungslöcher zum Durchstecken der Schrauben mit Kedern bzw. Manschetten aus einem härteren Metall armiert sind.
Aus der FR 1 083 447 A ist eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einer Gelenkgabel eines Kreuzgelenks und einem Anschlußflansch bekannt. Sowohl die Gelenkgabel, als auch der Anschlußflansch weisen konische Bohrungen auf, die sich jeweils zum freien Ende des zugehörigen Bauteils öffnen. Es sind erste Konushülsen vorgesehen, die in den konischen Bohrungen der Gelenkgabel einsitzen und durch die eine zugehörige Schraube durchgesteckt ist. Es sind ferner zweite Konushülsen vorgesehen, die in die konischen Bohrungen des Flanschs eingesetzt sind. Die zweiten Konushülsen weisen jeweils ein Innengewinde auf, in das die Schraube eingeschraubt ist.
Aus der JP 9 303 364 A ist eine Verbindungsanordnung mit einem Gewindebolzen bekannt. Der Gewindebolzen hat unterhalb des Schraubenkopfs eine steile Konusfläche, die beim Verspannen gegen eine konische Innenfläche des Grundkörpers zur Anlage kommt. An den Konusabschnitt ist ein Gewindezapfen angeformt, der durch den Grundkörper durchgesteckt und mittels einer Mutter verspannt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung der genannten Art bereitzustellen, mit der ein unerwünschtes Lösen der Schraubenverbindung vermieden werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben jeweils Schraubenköpfe mit einer konischen Auflagefläche haben, die jeweils in konischen Ansenkungen in der Stirnfläche des Gelenkaußenteils einsitzen, wobei es ohne Beeinträchtigung der beabsichtigten Wirkung zulässig ist, daß die Schrauben mit dem Schraubenschaft mit Spiel in den Durchgangslöchern des Gelenkaußenteils einliegen, und wobei auf der äußeren Stirnfläche des Gelenkaußenteils ein Blechdeckel mit Durchgangsöffnungen aufliegt, auf dem die Schraubenköpfe aufliegen. Mit einer Verbindungsanordnung der hiermit vorgeschlagenen Art entfallen die Gleitbewegungen unter den Schraubenköpfen bei Drehmomentbelastung, so daß die Schrauben sich nicht mehr unerwünschterweise lösen können. Grundlage hierfür ist das formschlüssige Eingreifen der konischen Auflageflächen der Schrauben in den konischen Ansenkungen in der Stirnfläche des Gelenkaußenteils in Bezug auf Drehmomentbelastungen.
Gemäß der Erfindung ist es zulässig, daß relative Umfangsbewegungen zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Anschlußflansch bei Drehmomentbelastung auftreten. Selbst für diesen Fall ist sichergestellt, daß keine Gleitbewegungen unter den Schraubenköpfen auftreten und keine unzulässigen Setzverluste im Schraubverband auftreten. Die bei Drehmomentbelastung Reibungskräfte erzeugenden Anlageflächen zwischen Gelenkaußenteil und Anschlußflansch können infolgedessen verkleinert werden. Dabei kann auch mit kleineren Schrauben und kleineren Bauteilen eine sichere Verbindung im Verband der Verbindungsanordnung erzeugt werden, da die von den Schrauben nunmehr aufzubringenden Zugkräfte verringert werden können.
Ein wesentlicher Anteil des Drehmoments kann über Scherkräfte an den Schrauben übertragen werden. Hierfür sind auch kleinere Schrauben ausreichend.
Geringen Mehrkosten für die Herstellung der Auflageflächen an den Schraubenköpfen und der Ansenkungen in der Stirnfläche stehen als Vorteil deutlich geringere Kosten für Schrauben geringerer Größe sowie ggfs. für kleinere Gelenkaußenteile und Anschlußflansche gegenüber.
Der auf der äußeren Stirnfläche das Gelenkaußenteils aufliegende Blechdeckel kann ein ringförmiges Anschlußelement für einen Faltenbalg oder einen Rollbalg sein. Der zunächst ebene Blechdeckel kann sich durch die Anzugskräfte der Schrauben in die Ansenkungen einformen. Die Ansenkungen können jedoch auch im Blechdeckel vor dem Fertigstellen der Verbindungsanordnung vorgeformt sein. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Blechdeckel und der Stirnfläche des Gelenkaußenteils eine Dichtung liegt. Wie bereits eingangs erwähnt, kann vorgesehen sein, daß zwischen den Anlageflächen von Gelenkaußenteil und Anschlußflansch ein Dichtungsdeckel einliegt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine einzelne Verschraubung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung in einem Schnitt durch die Verschraubungsachse;
2 zeigt einen Abschnitt des Gelenkaußenteils nach 1 als Einzelheit;
3 zeigt eine Ansicht auf die Stirnfläche des Gelenkaußenteils nach 2 als Einzelheit;
4 zeigt eine Schraube nach 1 als Einzelheit;
5 zeigt einen Teil eines Blechdeckels nach 1 vor dem Herstellen der Verbindung in einer ersten Ausführung;
6 zeigt einen Teil eines Blechdeckels nach 1 vor dem Herstellen der Verbindung in einer zweiten Ausführung;
7 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufgelenk und einer Anschlußwelle in einem Längsschnitt;
8 zeigt einen Schnitt durch eine Verschraubungsanordnung nach 7 gemäß der Schnittlinie unter erhöhtem Drehmoment.
In 1 ist eine Verschraubungseinheit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung als Einzelheit gezeigt, wobei die Verschraubungsachse A auf einem Teilkreis eines Gelenkaußenteils 11 bzw. eines Anschlußflansches 12 liegt. Das Gelenkaußenteil 11 weist ein Durchgangsloch 13 auf, durch das eine Schraube 21 hindurchgesteckt ist, die in ein Gewindeloch 14 im Anschlußflansch 12 eingedreht ist. Die Schraube 21 liegt im Bereich ihres Schraubenschaftes 23 mit Spiel zum Durchgangsloch 13. Sie hat einen Gewindeabschnitt 24, der in das Gewindeloch 14 eingedreht ist. Am Schraubenkopf 22 ist ein Innensechskant 26 erkennbar. In der Stirnfläche 27 des Gelenkaußenteils 11 ist konzentrisch zur Durchgangsöffnung 13 eine konische Ansenkung 28 vorgesehen. Die Schraube 21 hat am Schraubenkopf 22 eine der Ansenkung 28 entsprechende konische Auflagefläche 25. Auf der Stirnfläche 27 liegt ein Blechdeckel 15 auf, der zwischen Ansenkung 28 und Auflagefläche 25 konisch eingezogen ist. Ein Verschieben der Anlageflächen 19, 20 gegeneinander unter Drehmoment wird aufgrund des Formschlusses zwischen Schraubenkopf 22 und Gelenkaußenteil 11 zu einer S-förmigen Scherung des Schraubenschaftes 23 führen, die nur mit hohen Kräften möglich ist. Ein Versetzen des Schraubenkopfes 22 gegenüber der Stirnfläche 27 bzw. dem Blechdeckel 15 wird dabei verhindert.
In 2 ist das Gelenkaußenteil 11 in dem gleichen Ausschnitt wie nach 1 als Einzelheit gezeigt. Es sind im einzelnen das der Verschraubungsachse A zugeordnete Durchgangsloch 13 mit der dazu konzentrischen Ansenkung 28 sowie die Stirnfläche 27 bezeichnet, von der die Ansenkung ausgeht. Daneben ist die Anlagefläche 19 zum Anschlußflansch hin angegeben.
In 3 ist ein Abschnitt des Gelenkaußenteils 11 in Aufsicht auf die Stirnfläche 27 gezeigt, wobei die konzentrisch zur Verschraubungsachse A liegende Durchgangsöffnung 13 sowie die Ansenkung 28 erkennbar sind.
In 4 ist die Schraube 21 nach 1 als Einzelheit dargestellt. Es sind der Schraubenkopf 22 mit Innensechskant 26, der Schraubenschaft 23 und der Gewindeabschnitt 24 bezeichnet, wobei der Schaft durch das Gelenkaußenteil durchgesteckt und in den Anschlußflansch eingedreht wird. An der Unterseite des Schraubenkopfes 22 befindet sich die erfindungswesentliche konische Auflagefläche 25.
In 5 ist der Blechdeckel 15 nach 1 abschnittsweise in einer ersten Ausführungsform vor der Montage gezeigt, bei der eine Konuseinziehung 17 konzentrisch zur Verschraubungsachse A jeweils um die Durchgangslöcher 16 herum vorgeprägt ist.
In 6 ist eine zweite Ausführung eines Blechdeckels 15' nach 1 abschnittsweise vor der Montage gezeigt, wobei Durchgangsöffnungen 16 konzentrisch zur Verschraubungsachse A in dem ebenen Blech ausgebildet sind und sich Einziehungen erst beim Herstellen der Verbindung durch die einwirkenden Verschraubungskräfte ausbilden.
In 7 ist eine erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung zwischen dem Gelenkaußenteil 11 eines Gleichlaufgelenks 31 und dem Anschlußflansch 12 einer Anschlußwelle 32 gezeigt. Das Gleichlaufdrehgelenk umfaßt neben dem Gelenkaußenteil 11 ein Gelenkinnenteil 33, drehmomentübertragende Kugeln 34 sowie einen Kugelkäfig 35, der eine Mehrzahl von Kugeln in einer gemeinsamen Ebene hält. Die drehmomentübertragenden Kugeln sind in Bahnen 36 des Gelenkaußenteils 11 und Bahnen 37 des Gelenkinnenteils 33 gehalten. Das Gelenk ist als sogenanntes Gegenbahngelenk ausgebildet, wobei sich über dem Umfang Bahnpaare abwechseln, deren Steuerungswinkel in die eine oder andere axiale Richtung zeigt. In das Gelenkinnenteil 33, das eine Einstecköffnung 39 aufweist, ist eine Anschlußwelle 40 drehfest eingesteckt und mittels eines Sicherungsringes 41 gesichert. In eine Eindrehung 42 in einer Anlagefläche des Gelenkaußenteils sind ein Dichtungsdeckel 43 und eine Dichtung 44 eingelegt. Die Einzelheiten der im oberen Halbschnitt dargestellten Verschraubungseinheit entsprechen den in 1 gezeigten, wobei gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Der Blechdeckel 15 ist hierbei als Anschlußkappe für einen Faltenbalg oder Rollbalg ausgebildet, der das Gelenk 31 gegenüber der Anschlußwelle 40 abdichtet. Die Verschraubungsachse A liegt als eine von mehreren auf einem Teilkreis um die Längsachse L des Gleichlaufgelenks.
In 8 ist die Verschraubung nach 7 gemäß der angedeuteten Schnittlinie dargestellt, wobei sich die Verschraubungsanordnung unter dem Einfluß von Drehmoment zwischen Gelenkaußenteil 11 und Anschlußflansch 12 längs der Anlageflächen 19, 20 verschoben hat. Gegenüber der Verschraubungsachse A hat sich hierbei die Längsachse A_K des Schraubenkopfes 22 ebenfalls verschoben. Die relative Sitzanordnung der konischen Auflagefläche 25 und der Ansenkung 28 unter Einschluß des Bleches 15 ist hierbei jedoch unverändert geblieben. Durch dieses Beibehalten der relativen Sitzkonfiguration wird ein Lösen der Verschraubung verhindert. Der Versatz des Gelenkaußenteils 11 gegenüber dem Anschlußflansch 12 im Drehsinn ist durch die Anlage der Durchgangsöffnungen 13 am Schraubenschaft 23 in der linken Bildhälfte begrenzt. Die Schraube 21 hat sich unter Aufnahme großer Scherkräfte S-förmig verkrümmt, wobei zusätzlich eine Längsdehnung der Schraube 21 stattfindet, die die Reibungskräfte zwischen den Anlageflächen 19, 20 erhöht.
Bezugszeichenliste

11: Gelenkaußenteil
12: Anschlußflansch
13: Durchgangsloch
14: Gewindeloch
15: Blechdeckel
16: Durchgangsöffnung
17: Konuseinziehung
18
19: Anlagefläche (11)
20: Anlagefläche (12)
21: Schraube
22: Schraubenkopf
23: Schraubenschaft
24: Gewindeabschnitt
25: Anlagefläche konisch
26: Innensechskant
27: Stirnfläche
28: Ansenkung konisch
31: Gleichlaufgelenk
32: Welle
33: Gelenkinnenteil
34: Kugel
35: Kugelkäfig
36: äußere Kugelbahn
37: innere Kugelbahn
38: Käfigfenster
39: Einstecköffnung
40: Welle
41: Sicherungsring
42: Eindrehung
43: Dichtungsdeckel
44: Dichtung

Claims

Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Gelenkaußenteil (11) eines Gleichlaufgelenks (31), in dem axiale Durchgangslöcher (13) angeordnet sind, und einem Anschlußflansch (12), der durch die Durchgangslöcher (13) durchgesteckte, in axiale Gewindelöcher (14) des Anschlußflanschs (12) eingeschraubte Schrauben (21) aufnimmt, mittels derer das Gelenkaußenteil (11) und der Anschlußflansch (12) drehmomentfest miteinander verschraubt sind, wobei die Schrauben (21) mit dem Schraubenschaft (23) mit Spiel in den Durchgangslöchern (13) des Gelenkaußenteils (11) einliegen, wobei die Schrauben (21) jeweils Schraubenköpfe (22) mit einer konischen Auflagefläche (25) haben, die jeweils in konischen Ansenkungen (28) in der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) einsitzen, und wobei auf der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) ein Blechdeckel (15) mit Durchgangsöffnungen (16) aufliegt, auf dem die Schraubenköpfe (22) mit der konischen Auflagefläche (25) aufliegen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Blechdeckel (15) und der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) eine Dichtung liegt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flanschflächen von Gelenkaußenteil (11) und Anschlußflansch (12) ein Dichtungsdeckel (43) einliegt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Ansenkungen (28) in der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) zwischen 120 und 175° liegt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Ansenkungen (28) in der Stirnfläche (27) des Gelenkaußenteils (11) zwischen 150 und 175° liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschrauben der Verbindungsanordnung der Blechdeckel (15) mit Konuseinziehungen (17) um die Durchgangslöcher (16) versehen wird.
Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Konuseinziehungen (17) um die Durchgangslöcher (16) in einem zunächst ebenen Blechdeckel (15) beim Verschrauben der Verbindungsanordnung erzeugt werden.