DE102005022077A1 - Vorrichtung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks mit einer Nabe für das Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks mit einer Nabe für das Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gruppe mit einem Gleichlaufgelenk (1), einer um eine Drehachse (x) drehbare Nabe (3) mit einem axial vorstehenden Achsschenkel (5), und einem am Achsschenkel (5) befestigten Zwischenring (4), das gemeinsam mit dem Gleichlaufgelenk drehbar ist, um ein Drehmoment vom Gelenk (1) auf die Nabe (3) zu übertragen. Der Zwischenring (4) und das Gelenk (1) sind drehfest miteinander verbunden, um über entsprechende Grenzflächen (26, 27) um die Drehachse (x) zu drehen, wobei die Formen dieser Grenzflächen einander entsprechen und in einer rechtwinklig zur Drehachse (x) verlaufenden Ebene passförmig (lobär), oval oder elliptisch sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe für das Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges.
  • Um die Probleme und die zum Stand der Technik bekannten technischen Lösungen hinsichtlich der Verbindung zwischen einem Gleichlaufgelenk und einer Nabe für ein Antriebsrad besser verständlich zu machen, wird nachstehend eine Gruppe herkömmlicher Art an Hand der 1 der beiliegenden Zeichnungen kurz beschrieben.
  • In 1 ist eine zum Stand der Technik bekannte Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe dargestellt, bei der ein Gleichlaufgelenk 1 über einen am Achsschenkel 5 der Nabe angeordneten Zwischenring 4 mit einer Lager/Nabe-Einheit 2, 3 drehfest verbunden ist. Der Zwischenring ist über eine axiale Verzahnung einer Keilwellen-Verbindung 6 mit dem Gleichlaufgelenk drehfest verbunden. Ein Spaltring 7, der in zwei im Gleichlaufgelenk 1 bzw. im Zwischenring 4 ausgebildeten, kreisrunden Rillen 8, 9 eingesetzt ist, sorgt für die axiale Verbindung des Zwischenringes mit dem Gleichlaufgelenk. Der Zwischenring 4 ist über eine weitere Keilwellenverbindung 10 am Achsschenkel der Nabe befestigt, und zwar durch Kaltverformung eines Randes 11 des Achsschenkels oder, wahlweise, durch eine Schweißnaht.
  • Weitere Ausführungsformen von Keilwellenverbindungen zwischen Gleichlaufgelenk und Nabe sind zum Beispiel in US-6 022 275, IT-1 281 365, US-4 893 960, US-5 853 250, EP-0 852 300 beschrieben.
  • Die Keilwellenverbindungen weisen gewisse Nachteile auf, da sie Feintoleranzen verlangen und jedenfalls ungewünschte Spiele zurückbleiben, so dass auf einige Axialzähne größere Kräfte ausgeübt werden, die zu schädlichen Spannungsspitzen führen. Um das Spiel in Umfangsrichtung zu beseitigen, wurden leicht schräg verlaufende Verzahnungen vorgeschlagen, die jedoch eine Press-Passung verlangen und deren Ausführung daher mit Schwierigkeiten verbunden ist. Die Verzahnungen müssen außerdem einer Wärmebehandlung unterworfen worden, wobei eine ziemlich aufwendige mechanische Bearbeitung vor der Verbindung der beiden Keilwellenteile erforderlich ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe zu schaffen, mit der sich die oben erwähnten Grenzen und Nachteile zum bekannten Stand der Technik beseitigen lassen.
  • Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden erfindungsgemäß mit einer Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe und einer Lager/Nabe-Einheit gemäß den beiliegenden Ansprüchen gelöst. Zusammenfassend besteht die Lösung darin, dass ein Zwischenring der Lager/Nabe-Einheit mit dem Gleichlaufgelenk drehfest verbunden wird, um über entsprechende passförmige (lobäre), vorzugsweise ovale oder elliptische Grenzflächen in einer rechtwinklig zur Drehachse der Nabe verlaufenden Schnittebene eine gemeinsame Drehung derselben zu bewirken.
  • Nachstehend werden nun einige bevorzugte, aber nicht einschränkende, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Axialschnittansicht einer bekannten Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe,
  • 2 und 3 jeweils eine Axialschnittansicht durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen,
  • 4 eine Radialschnittansicht nach der Linie IV-IV von 2,
  • 5 eine Axialschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
  • 6 eine Axialschnittansicht durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
  • 7 eine Radialschnittansicht nach der Linie VII-VII von 6, und
  • 8 eine Radialschnittansicht durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung,
  • In 2 und 3 sind die Teile, die den an Hand der 1 bereits beschriebenen Teilen gleich oder ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Eine Nabe 3 für das Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges ist von einer (nicht dargestellten) Aufhängung des Fahrzeuges getragen, wo sie in einem Lager 2 mit zwei Reihen von Wälzkörpern 12 und 13, die in diesem Fall Kugeln sind, um eine Drehachse x drehbar gelagert ist. Die Nabe 3 ist mit einem schematisch mit 1 bezeichneten Gleichlaufgelenk drehfest verbunden, und zwar in einer Art und Weise die nachstehend näher beschrieben wird.
  • An der axial innen liegenden Seite bildet die Nabe 3 einen rohrförmigen Abschnitt oder Achsschenkel 5, der mit einem ringförmigen Rand 11 endet und an der axial außen liegenden Seite bildet die Nabe einen Radialflansch 14 zur Montage eines nicht dargestellten Antriebsrades.
  • Die Gruppe Nabe 3/Gelenk 1 ist in einer (nicht dargestellten) Stütze der Aufhängung gelagert, die mit einem Radialflansch 15 eines festen Außenringes des Lagers 2 verbunden ist. Der Achsschenkel 5 steht über das axial innen liegende Ende hinaus und hat eine geringe Dicke, damit der ringförmige Rand 11 kalt gewalzt werden kann.
  • An der Innenfläche des Ringes 16 sind zwei Außenrollbahnen 17 und 18 für die zwei Kugelreihen 12 und 13 angeformt, während von den entsprechenden Innenrollbahnen 19 und 20 die eine direkt an der Nabe 3 und die andere an einem getrennten, auf dem Achsschenkel 5 aufgeschobenen Ring 21 angeformt ist. Nach möglichen, nicht dargestellten Varianten kann der Achsschenkel 5 hohl sein, wobei der mittlere Hohlraum an beiden Axialenden offen ist und/oder die Innenrollbahnen 19 und 20 an entsprechenden, getrennten, auf dem Achsschenkel der Nabe aufgeschobenen Ringen angeformt sein können.
  • An dem axial innenliegenden Ende des Achsschenkels 5, neben dem Ring 21, ist ein Zwischenring 4 nicht drehbar aufgeschoben, der zur Drehmomentübertragung vom Gelenk 1 auf die Nabe 3 dient. Bei dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nach der Montage des Zwischenringes am Achsschenkel 5 der Rand 11 des Achsschenkels radial umgebogen und kaltgewalzt, um eng gegen die radiale Wand des Ringes 4 gestaucht zu werden. So wird der Ring 4 axial an der Nabe 3 befestigt, und zwar unter axialer Vorspannung der Lager/Nabe-Einheit 2, 3.
  • Wie auch aus 4 zu ersehen ist, kann wegen der gegengleichen Form der Grenzflächen des Zwischenringes 4 und der Nabe 3 zwischen diesen beiden Teilen keine relative Drehung um die Achse x erfolgen. Es handelt sich dabei um die radial außen liegende Fläche 24 des Achsschenkels 5 und die radial innen liegende Fläche 25 des Zwischenringes 4. Die Grenzflächen 24, 25 haben die gleiche unrunde, glatte Form mit abgerundeten passförmigen (lobären) Wülsten, und zwar eine vorzugsweise im wesentlichen elliptische Form in einer radial oder rechtwinklig zur Drehachse x der Nabe verlaufenden Schnittebene. In ähnlicher Art und Weise wird das Drehmoment vom Gleichlaufgelenk 1 auf den Zwischenring 4 dadurch übertragen, dass auch die Grenzflächen 26, 27 zwischen diesen beiden Übertragungselementen die gleiche elliptische Form oder gegengleiche elliptischen Formen in einer radial verlaufenden Schnittebene haben.
  • Wie zum Beispiel aus den 2 und 3 zu ersehen ist, sind außerdem die radial innen liegende Fläche 26 des Zwischenringes 4 und die radial innen liegende Fläche 27 des Gelenks 1 konvex bzw. konkav, um eine gewisse Fluchtabweichung zwischen der Drehachse x der Nabe und der Drehachse x' des Gelenks zu ermöglichen. Die Verbindung der konvexen Fläche 26 mit der konkaven Fläche 27 sichert auch den axialen Formschluss zwischen dem Gelenk 1 und dem Zwischenring 4, und zwar sind dabei keine weiteren Befestigungsmittel erforderlich. Wie in 4 angedeutet, besteht die Glocke des Gelenks 1 vorteilhafter Weise aus der Verbindung von zwei Hälften 1a, 1b, die durch entsprechende Mittel 1c zusammengefügt sind, um die Montage am Zwischenring 4 zu gestatten.
  • Die in 5 dargestellte Variante unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 1 dadurch, dass die axiale Befestigung des Zwischenringes 4 an der Nabe über einen Seegerring 29 erfolgt, der in einer am Endabschnitt des Achsschenkels 5 ausgebildeten Rille 30 eingesetzt ist.
  • Bei der in 6 und 7 dargestellten Variante weisen die Grenzflächen zwischen dem Gleichlaufgelenk, dem Zwischenring und dem Achsschenkel der Nabe zwei Paare einander gegenüberliegender, sich nach der axial innen liegenden Seite kegelförmig verjüngender Flächen 27, 26 und 25, 24 sowie in einer radial oder rechtwinklig zur Drehachse x der Nabe verlaufenden Schnittebene liegende, elliptische Abschnitte auf, wie aus 7 zu ersehen ist. Ein Spaltring 7, der in zwei elliptischen, jeweils am Gleichlaufgelenk 1 und am Zwischenring 4 angeformten Rillen 8, 9 angeordnet ist, verbindet den Zwischenring axial mit dem Gleichlaufgelenk. Die axiale Befestigung des Zwischenringes 4 kann nach Belieben durch Walzen des Endrandes 11 des Achsschenkels oder mit einem weiteren Seegerring (entsprechend dem in 5 mit 29 bezeichneten Seegerring) oder in einer anderen, dem Fachmann bekannten Art und Weise erfolgen.
  • Bei der in 8 dargestellten Variante weisen die Grenzflächen zwischen dem Gleichlaufgelenk, dem Zwischenring und dem Achsschenkel der Nabe zwei Paare einander gegenüberliegender, sich nach der axial innen liegenden Seite kegelförmig verjüngender Flächen 27, 26 und 25, 24 auf, die einen in einer zur Achse x quer verlaufenden Ebene liegenden Halbmesser R mit ständig veränderlichen Winkelabmessungen haben.
  • Insbesondere weist jedes Paar Flächen 27, 26 und 25, 24 jeweils eine Zahl N1 gegenüber der Achse x konvexer Abschnitte 50 sowie eine Zahl N2 gegenüber der Achse A konkaver Abschnitte 60 auf. Die Werte der Zahlen N1 und N2 hängen von den jeweiligen Bau- und Konstruktionsmerkmalen ab und können – wie im beschriebenen Fall – gleich oder auch unterschiedlich sein. Insbesondere ist in 8 der Fall dargestellt, in dem sowohl die Zahl N1 als auch die Zahl N2 den gleichen Wert drei haben und die Abschnitte 50 und 60, abwechselnd um die Achse x angeordnet sind. Alternativ und in leicht aus der obigen Beschreibung entnehmbarer Art und Weise, könnten die Flächenpaare 27, 26 und 25, 24 jeweils auch mit nur einem entsprechend konvexen Abschnitt 50 versehen sein, der zwischen zwei benachbarten, entsprechend konkaven Abschnitten 60 angeordnet ist.
  • Obwohl außerdem jedes Flächenpaar 27, 26 und 25, 24 nach 8 dem gleichen Veränderungsgesetz des Halbmessers R folgt und für die Zahlen N1 und N2 den gleichen Wert des jeweiligen anderen Flächenpaares 25, 24 und 27, 26 hat, ist es möglich, jedes Flächenpaar 27, 26 und 25, 24 mit einem Wert für die Zahlen N1 und N2 herzustellen, der dem Wert der Zahlen N1 und N2 des anderen Flächenpaar 25, 24 und 27, 26 gleich ist oder sich davon unterscheidet, so wie jedes Flächenpaar 27, 26 und 25, 24 gegenüber der Achse A eine Konizität haben kann, die derjenigen des anderen Flächenpaares 25, 24 und 27, 26 gleich ist oder sich davon unterscheidet.
  • Es ist also klar, dass sich mit der Erfindung die mit den herkömmlichen, einleitend beschriebenen Keilwellenverbindungen zusammenhängenden Probleme beseitigen lassen. Die passförmig (lobär) abgerundeten Wülste der Grenzflächen zwischen dem Gelenk und der Nabe ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Flächendrücke in einem weiteren Bereich unter Vermeidung von Spannungsspitzen. Der Zusammenbau der Gruppe ist viel einfacher. Es gibt keine bei der Wärmebehandlung entstandenen Verzüge, die die Verbindung zwischen Nabe und Gelenk beeinträchtigen könnten. Die weite, abgerundete Form der Grenzflächen vereinfacht die eventuelle mechanische Fertigbearbeitung derselben. Diese Flächen können mit einer numerisch gesteuerten Drehbank und/oder einer Schleifmaschine einfach und genau bearbeitet werden.
  • Es versteht sich, dass Änderungen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem gezeigten, beschriebenen und nachstehend beanspruchten Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können die oben beschriebenen Grenzflächen nach Belieben oval, d.h. eiförmig, mit nur einem unrunden passförmigen (lobären) Wulst oder elliptisch mit zwei, oder drei oder mehr passförmig (lobären) abgerundeten Wülsten sein.

Claims (22)

  1. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges, mit: – einem Gleichlaufgelenk (1), – einer um eine Drehachse (x) drehbaren Nabe mit einem axial vorstehenden Achsschenkel (5), – einem am Achsschenkel (5) befestigten Zwischenring (4), das gemeinsam mit dem Gleichlaufgelenk drehbar ist, um ein Drehmoment vom Gelenk (1) auf die Nabe (3) zu übertragen, wobei der Zwischenring (4) und das Gelenk (1) drehfest miteinander verbunden sind, um über entsprechende Grenzflächen (26, 27) gemeinsam um die Drehachse (x) zu drehen und wobei die Formen der Grenzflächen in einer rechtwinklig zur Drehachse (x) verlaufender Ebene einander entsprechen, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Grenzflächen (26, 27) einander entsprechende Formen mit wenigstens einem glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wulst haben.
  2. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) einander entsprechende, im wesentlichen elliptische Formen mit zwei glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wülsten haben.
  3. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) einander entsprechende, im wesentlichen ovale Formen mit wenigstens nur einem glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wulst haben.
  4. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) einen in einer zur Drehachse (x) quer verlaufenden Ebene liegenden Halbmesser (R) mit ständig veränderlichen Winkelabmessungen haben und wenigstens einen entsprechenden, gegenüber der Drehachse (x) konvexen Abschnitt (50) aufweisen.
  5. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) jeweils eine erste bestimmte Zahl (N1) gegenüber der Drehachse (A) konvexer Abschnitte (50) sowie eine zweite bestimmte Zahl (N2) konkaver Abschnitte (60) aufweisen.
  6. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bestimmte Zahl (N1) konvexer Abschnitte (50) und die zweite bestimmte Zahl (N2) konkaver Abschnitte (60) miteinander übereinstimmten, wobei die konvexen Abschnitte (50) und die konkaven Abschnitte (60) abwechselnd um die Drehachse (x) angeordnet sind.
  7. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) gegenüber der Drehachse (x) kegelstumpfförmig sind.
  8. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzflächen jeweils aus einer radial außen liegenden Fläche (26) des Zwischenringes (4) und aus einer radial innen liegenden Fläche (27) des Gelenks (1) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) in einer axialen Schnittebene konvex (26) bzw. konkav (27) sind, um eine gewisse Fluchtabweichung zwischen der Drehachse (x) der Nabe und der Drehachse (x') des Gelenks (1) zu ermöglichen.
  9. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die konkave Fläche (27) bildende Teil des Gelenks (1) aus der Verbindung von zwei Hälften (1a, 1b) besteht, die durch entsprechende Mittel (1c) zusammengefügt sind, um die Montage am Zwischenring (4) zu gestatten.
  10. Nabe/Gleichlaufgelenk-Gruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Grenzflächen jeweils aus einer radial außen liegenden Fläche (26) des Zwischenringes (4) und aus einer radial innen liegenden Fläche (27) des Gelenks (1) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) außerdem einander entsprechende unrunde Form haben und sich im wesentlichen kegelförmig in Richtung des Gleichlaufgelenks (1) verjüngen.
  11. Lager/Nabe-Einheit für ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges, mit: – einem Lager (2) mit in zwei Reihen angeordneten Wälzkörper (12, 13), – einer im Lager (2) um eine Drehachse (x) drehbar gelagerten Nabe (3) mit einem axial vorstehenden Achsschenkel (5), – einem am Achsschenkel (5) befestigten Zwischenring (4), das eine radial außen liegende Fläche (26) hat, die eine Grenzfläche zur drehfesten Verbindung der Nabe mit einer entsprechenden Grenzfläche (27) eines Gleichlaufgelenks (1) ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass die radial außen liegende Fläche (26) des Zwischenringes (4) wenigstens einen glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wulst bildet.
  12. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegende Fläche (26) des Zwischenringes (4) eine in einer zur Drehachse (x) rechtwinklig verlaufenden Ebene im wesentlichen elliptische Form mit zwei glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wülsten hat.
  13. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegende Fläche (26) des Zwischenringes (4) eine in einer zur Drehachse (x) rechtwinklig verlaufenden Ebene im wesentlichen ovale Form mit nur einem glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wulst haben.
  14. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) einen in einer zur Drehachse (x) quer verlaufenden Ebene liegenden Halbmesser (R) mit ständig veränderlichen Winkelabmessungen haben und wenigstens einen entsprechenden, gegenüber der Drehachse (x) konvexen Abschnitt (50) aufweisen.
  15. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) jeweils eine erste bestimmte Zahl (N1) gegenüber der Drehachse (A) konvexer Abschnitte (50) sowie eine zweite bestimmte Zahl (N2) konkaver Abschnitte (60) aufweisen.
  16. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste bestimmte Zahl (N1) konvexer Abschnitte (50) und die zweite bestimmte Zahl (N2) konkaver Abschnitte (60) miteinander übereinstimmten, wobei die konvexen Abschnitte (50) und die konkaven Abschnitte (60) abwechselnd um die Drehachse (x) angeordnet sind.
  17. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 14, 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (26, 27) gegenüber der Drehachse (x) kegelstumpfförmig sind.
  18. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegende Fläche (26) des Zwischenringes (4) in einer axialen Schnittebene konvex ist.
  19. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegende Fläche (26) des Zwischenringes (4) unrund ist und sich im wesentlichen kegelförmig in einer axial innen liegenden Richtung verjüngt.
  20. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsschenkel (5) und der Zwischenring (4) über entsprechende Grenzflächen (24, 25) gemeinsam um die Achse (x) drehbar miteinander verbunden sind, wobei diese Grenzflächen (24, 25) einander entsprechende Formen mit wenigstens einem glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wulst haben.
  21. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (24, 25) einander entsprechende, im wesentlichen elliptische Formen mit zwei glatten, exzentrisch zur Drehachse (x) verlaufenden, passförmigen (lobären) Wülsten haben.
  22. Lager/Nabe-Einheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (24, 25) einander entsprechen, unrund sind und sich im wesentlichen kegelförmig in einer axial innen liegenden Richtung verjüngen.
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