DE102005035706A1

DE102005035706A1 - Längsvariable Verzahnung

Info

Publication number: DE102005035706A1
Application number: DE102005035706A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Cermak; Joachim Dipl.-Ing. Prölß; Erik Dipl.-Ing. Schamper
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: DE102005035706B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung mit ineinandergreifenden drehmomentübertragenden Verzahnungen an der Welle 3 und in der Nabe 5, wobei die Welle 3 eine Außenverzahnung 1 zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende aufweist und die Nabe 4 eine Innenverzahnung 2 zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende aufweist. Die Zahnbreiten bzw. Zahnlückenbreiten zumindest eines der beiden Bauteile ist über der Länge der Verzahnungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ende derart gestaltet, daß eine zu Beginn des Fügens zwischen den Verzahnungen an den ersten Enden zwischen der Welle 3 und der Nabe 4 gebildete Passung eine geringere Pressung aufweist als eine bei Abschluß des Fügens zwischen den Verzahnungen an den zweiten Enden zwischen der Welle 3 und der Nabe 4 gebildete Passung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung mit ineinandergreifenden, drehmomentübertragenden Verzahnungen an der Welle und in der Nabe, die ineinandergesteckt sind, wobei die Welle eine Außenverzahnung zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende definiert und die Nabe eine Innenverzahnung zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende definiert. Die Anordnung betrifft insbesondere Verzahnungen an Gelenkwellen, nämlich zwischen Gelenkinnenteilen von Gleichlaufgelenken und einer darin eingesteckten Zwischenwelle sowie die Gelenkzapfen von Gelenkaußenteilen von Gleichlaufdrehgelenken, die in Radnaben oder in Hohlwellen von Getrieben eingesteckt sind.
Bei konventionellen Verzahnungen im genannten Anwendungsbereich, bei denen über der gesamten Verzahnungslänge gleichmäßige Passungsverhältnisse vorliegen, sind große Einpreßkräfte in Kauf zu nehmen, die eine Montage, insbesondere eine teilautomatisierte Montage, erschweren.
Es sind bereits Verzahnungen in dem genannten Anwendungsbereich vorgeschlagen worden, bei denen die Außenverzahnung der Welle unter einem Schraubenwinkel verläuft, während die Gegenverzahnung in der Nabe eine konventionelle gerade Wellenverzahnung ist. Verzahnungen dieser Art ermöglichen zunächst ein leichtes axiales Fügen in einem Anfangsbereich, da die entgegengesetzten Flanken erst nach einer gewissen Einpreßlänge zum Tragen kommen. Nachteilig ist hierbei, daß die Verzahnungen im verbauten Zustand nicht auf der gesamten Länge gleichmäßig tragen. Dies kann zu örtlichen Überlastungen führen und als Folge davon zu Ver schleiß und letztendlich zu Umfangsspiel führen.

Aus der WO 2005/054699 ist eine Welle-Nabe-Verbindung bekannt, bei der die Verzahnung eines der beiden Bauteile, nämlich Welle oder Nabe, mehrere rechtsdrehende schraubenförmige erste Zähne und mehrere linksdrehende schraubenförmige zweite Zähne aufweist.

Die DE 197 22 917 C1 zeigt eine Welle-Nabe-Verbindung mit ineinandergreifenden drehmomentübertragenden Verzahnungen, bei der das Zahnprofil in Längsrichtung einen veränderlichen Verlauf aufweist. Durch einen in Längsrichtung größer werdenden Fußkreisdurchmesser der Welle und einen entsprechend kleiner werdenden Kopfkreisdurchmesser der Nabe sollen die Spannungen am wellenseitigen Ende der Verbindung möglichst gering sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnungen, insbesondere in dem und für den genannten Anwendungsbereich vorzuschlagen, die eine verbesserte Montage ermöglichen. Hierbei sollte möglichst, wenn auch nicht notwendig, ein günstiges Tragverhalten über der gesamten Verzahnungslänge angestrebt werden.

Die Lösung hierfür besteht in einer Wellen-Nabe-Verbindungsanordnung mit ineinandergreifenden drehmomentübertragenden Verzahnungen an der Welle und in der Nabe, wobei die Welle eine Außenverzahnung zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende der Welle aufweist und die Nabe eine Innenverzahnung zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende der Nabe aufweist, wobei die Zahnbreiten bzw. Zahnlückenbreiten zumindest eines der beiden Bauteile, nämlich der Welle oder der Nabe, über der Länge der Wellenverzahnungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ende derart gestaltet ist, daß eine zu Beginn des Fügens zwischen den Verzahnungen an den ersten Enden zwischen der Welle und der Nabe gebildete Passung eine geringere Pressung aufweist, als eine bei Abschluß des Fügens zwischen den Verzahnungen an dem freien ersten Ende des einen Bauteils und dem anschlußseitigen zweiten Ende des anderen Bauteils gebildete Passung. Unter freiem Ende der Verzahnung von Welle und Nabe werden dabei die dem jeweils anderen Bauteil vor dem Fügen zugewandten Enden verstanden, während die anschlußseitigen Enden der Verzahnung von Welle und Nabe die Enden bezeichnen, an denen Drehmoment eingeleitet bzw. abgenommen wird. Dabei kann die Verzahnung selbstverständlich auch einen axialen Abstand vom freien Ende bzw. vom anschlußseitigen Ende aufweisen.

Es wird insbesondere vorgeschlagen, daß die vorgenannte Passung mit der geringeren Pressung zu Beginn des Fügens Spiel- und Übergangspassungen einschließt. Mit einer Konfiguration der hiermit genannten Art ist das Fügen der Welle-Nabe-Verbindung wesentlich erleichtert, da in einer frühen Phase des Fügevorganges Verzahnungsbereiche ineinandergreifen, zwischen denen eine geringere Pressung besteht, insbesondere eine Übergangs- oder Spielpassung. Erst in einer späteren Phase des Fügevorganges gelangen Verzahnungsteile ineinander, die eine größere Pressung aufweisen, insbesondere Spielfreiheit sicherstellen und somit uneingeschränkt zur Drehmomentübertragung beitragen. Diese Bereiche höherer Pressung können alternativ im Anschluß an das anschlußseitige zweite Ende der Welle oder im Anschluß an das zweite anschlußseitige Ende der Nabe zu liegen kommen. In speziellen Ausführungen ist es auch möglich, daß die höhere Pressung bei verbauter Anordnung gleichmäßig über der gesamten Länge der Verzahnung auftritt. Eine erhöhte Pressung im Bereich nahe dem anschlußseitigen zweiten Ende der Wellenverzahnung ist insbesondere in Verbindung mit einer verdrehweichen Nabe günstig, die dann erst bei erhöhtem Drehmoment zum Tragen auf der gesamten Länge führt, während eine erhöhte Pressung im Bereich des anschlußseitigen zweiten Endes der Nabenverzahnung im Zusammenhang mit einer verdrehweichen Welle vorteilhaft ist, wobei es auch hier erst bei erhöhtem Drehmoment zu einem Tragen auf der gesamten Länge der Wellenverzahnung kommen kann.

Nach einer ersten günstigen Ausführungsform ist vorgeschlagen, daß die Innenverzahnung der Nabe durchgehend gleich ist und die Außenverzahnung der Welle am anschlußseitigen zweiten Ende eine maximale Zahnbreite und am freien ersten Ende eine minimale Zahnbreite aufweist. Dies ist die vorgenannte Form, die sich für den Einsatz mit einer verdrehweichen Nabe anbietet. Nach einer zweiten günstigen Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Außenverzahnung der Welle durchgehend gleich ist und die Innenverzahnung der Nabe am freien ersten Ende eine maximale Zahnlückenbreite und am anschlußseitigen zweiten Ende eine minimale Zahnlückenbreite aufweist. Dies ist die Form, die sich für die Kombination mit einer verdrehweichen Welle besonders eignet. Bei den beiden vorgenannten Ausführungsformen ändern sich damit in der verbauten Anordnung die Passungen gemäß einer Stufenform. Dabei kann der Übergang der Zahnbreiten bzw. der Zahnlückenbreiten auch stufenlos gestaltet sein, insbesondere ein Übergangskonus sein.

Eine weitere Ausführungsform schlägt vor, daß die Innenverzahnung der Nabe gestuft ist und am zweiten Ende eine minimale Zahnlückenbreite und am ersten Ende eine maximale Zahnlückenbreite aufweist, während die Außenverzahnung der Welle gestuft ist und am zweiten Ende eine maximale Zahnbreite und am ersten Ende eine minimale Zahnbreite aufweist. Schließlich ist vorzuschlagen, daß die Innenverzahnung der Nabe über der Länge vom ersten Ende bis zum zweiten Ende im wesentlichen konstant abnehmende Zahnlückbreite hat, während die Außenverzahnung der Welle vom zweiten Ende bis zum ersten Ende eine im wesentlichen konstant abnehmende Zahnbreite hat. Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen ist trotz der wesentlich erleichterten Montage in der ersten Einführphase ein im wesentlichen gleichmäßiges Tragen der Wellenverzahnungen auf der gesamten Länge möglich.

Die erfindungsgemäßen Abstufungen bzw. Veränderungen der Zahnbreiten bzw. Zahnlückenbreiten werden vorteilhaft durch Verzahnungen dargestellt, die über der gesamten Verzahnungslänge gleichen Kopfkreisdurchmesser und gleichen Fußkreisdurchmesser haben. Dies gilt sowohl für die Außenverzahnung als auch für die Innenverzahnung. Über der Länge verändert wird hierbei ausschließlich die Zahnbreite bzw. die Zahnlückenbreite. Die Zahnflanken können in bevorzugter Ausführungsform hierbei trochoidenförmig oder evolventenförmig ausgeführt sein.

Die erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung kann unterschiedliche Verwendungen haben. Beispielsweise kann die Nabe ein Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks und die Welle ein Getriebezapfen sein. Weiterhin kann die Nabe ein Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenks und die Welle eine Zwischen welle, insbesondere eine Seitenwelle, sein. Die Nabe kann auch eine Radnabe und die Welle der Wellenzapfen eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufdrehgelenks in Monoblockbauweise sein. Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Nabe ein Seitenwellenrad eines Differentialgetriebes und die Welle ist der Wellenzapfen eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufdrehgelenks in Monoblockbauweise. Eines der beiden Bauteile, nämlich die Welle und die Nabe, ist gehärtet, während das jeweils andere gehärtet oder ungehärtet sein kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen im Vergleich mit solchen aus dem Stand der Technik bekannten dargestellt und nachstehend beschrieben.
1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt einer Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nach dem Stand der Technik mit teilweisem Umfangsschnitt durch die Wellenverzahnung;
2 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nach 1;
3 zeigt Einzelheiten zu einer konventionellen geradverzahnten Wellenverzahnung nach dem Stand der Technik mit Spielpassung

a) Passungsfelder
b) Schnitt durch einen Zahneingriff
c) Einpreßkräfte im Diagramm;

4 zeigt Einzelheiten zu einer konventionellen geradverzahnten Wellenverzahnung nach dem Stand der Technik mit Preßpassung

5 zeigt Einzelheiten zu einer Wellenverzahnung mit schraubenförmiger Innenverzahnung nach dem Stand der Technik

6 zeigt Einzelheiten zu einer erfindungsgemäßen Wellenverzahnung in einer ersten Ausführung

7 zeigt Einzelheiten zu einer erfindungsgemäßen Wellenverzahnung in einer zweiten Ausführung

8 zeigt Einzelheiten zu einer erfindungsgemäßen Wellenverzahnung in einer dritten Ausführung

9 zeigt Einzelheiten zu einer erfindungsgemäßen Wellenverzahnung in einer vierten Ausführung

a) Passungsfelder
b) Schnitt durch einen Zahneingriff
c) Einpreßkräfte im Diagramm.

10 zeigt eine erste Verwendung für eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung;
11 zeigt eine zweite Verwendung für eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung;
12 zeigt eine dritte Verwendung für eine erfindungsgemäße Welle-Nabe-Verbindungsanordnung.
Die 1 und 2, die im folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Welle-Nabe-Verbindungsanordnung nach dem Stand der Technik mit ineinandergreifenden drehmomentübertragenden Längsverzahnungen. Hierfür umfaßt die Welle 3 eine Außenverzahnung 1 und die Nabe 4 umfaßt eine Innenverzahnung 2, die ineinandergesteckt sind. Die Zähne 5 der Wellenverzahnung 1 haben konvexe Zahnflanken, wohingegen die Zähne 6 der Nabenverzahnung 2 mit geraden Zahnflanken ausgebildet sind. Die Zahnflanken berühren sich dabei im Bereich des Teilkreisdurchmessers D_T. Die Wellenverzahnung 1 hat einen Fußkreisdurchmesser mit dem Wert d_W1 und einen Kopfkreisdurchmesser mit dem Wert D_W. Die Nabenverzahnung 2 hat einen Fußkreisdurchmesser mit dem Wert d_n und einen Kopfkreisdurchmesser mit dem Wert D_n1.
Die zeichnerische Darstellung und Systematik der 3 bis 9 ist übereinstimmend und kann wie folgt erläutert werden, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. In Darstellung a) sind jeweils Toleranzfelder gezeigt, die Zahlenangaben in mm enthalten. Diese Zahlenangaben beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel einer Längsverzahnung mit einer Zähnezahl 34 bei einem maximalen Fußkreisdurchmesser d_n der Innenverzahnung der Nabe von 28,53 mm, einem maximalen Teilkreisdurchmesser D_T von 24,733 mm und einem maximalen Kopfkreisdurchmesser D_n1 von 26,45 mm. Die Zahlenangaben sind dabei auf die Breite der Zahnlücke der Innenverzahnung 2 auf dem Teilkreis bzw. auf die Breite des Zahns 5 der Außenverzahnung 1 auf dem Teilkreis bezogen. Sofern die Außenverzahnung 1 der Welle 3 zwei Abschnitte 7, 8 hat, sind deren Toleranzfelder mit T7 am freien Wellenende und mit T8 am Anschlußende, d. h. an dem Ende, an dem Drehmoment eingeleitet oder abgenommen wird, bezeichnet. Sofern die Innenverzahnung 2 der Nabe 4 zwei Abschnitte 9, 10 hat, sind deren Toleranzfelder mit T9 am freien Nabenende und mit T10 am zweiten anschlußseitigen Ende bezeichnet. Die jeweiligen Toleranzfelder der Welle 3 und der Nabe 4 umfassen jeweils ein Feld für die Maßtoleranz, d. h. die Differenz zwischen dem zulässigen Höchst- und Mindestmaß, und ein Feld für die Formtoleranz zur Festlegung von Richtungs- und Lauftoleranzen. Dabei definieren die Toleranzfelder mit einfacher Schraffe die Toleranzen der Innenverzahnung 2 der Nabe 4, während die Toleranzfelder mit Doppelschraffe die Toleranzen der Außenverzahnung 1 der Welle 3 definieren. Weiterhin bezeichnen die Schraffuren mit dem engen Schraffenabstand jeweils die Maßtoleranzen, während die Schraffuren mit dem weiten Schraffenabstand jeweils die Formtoleranzen definieren.
In Darstellung b) ist jeweils ein Umfangsschnitt durch eine Verzahnungspaarung in der zylindrischen Teilkreisebene, wie sie in 1 zur Verdeutlichung dargestellt ist, für eine Zahnpaarung gezeigt. Innenliegend mit Doppelschraffe dargestellt ist hierbei die Zahnbreite eines Zahns 5 der Außenverzahnung 1 der Welle 3, während außenliegend mit einfacher Schraffe zwei Zahnflanken anliegender Zähne 6 der Innenverzahnung 2 der Nabe 4 gezeigt sind. Diese sind nicht in ihrer Gesamtheit dargestellt, so daß durch die beiden Zahnflanken nur die Zahnlückenbreite der Innenverzahnung 2 der Nabe 4 über der Länge dargestellt ist. Das jeweils links überstehende Ende des Zahns 5 der Wellenverzahnung 1 bezeichnet ein anschlußseitiges Ende, das jeweils rechts überstehende Ende der beiden Zahnflanken der Innenverzahnung 2 definiert ein anderes anschlußseitiges Ende. Entsprechend ist das freie Wellenende rechts und das freie Nabenende links anzunehmen.
In Darstellung c) ist jeweils der Verlauf der Einschubkraft über der Einschublänge der darüberliegenden Verzahnungspaarung dargestellt, wobei bei festliegender Position der Nabenverzahnung 2 (äußere Zahnflanken; mit einfacher Schraffur dargestellt) ein Einschieben der Wellenverzahnung von links nach rechts bis zur Endposition unterstellt wird (mittiger Zahn; mit Doppelschraffur dargestellt). Die X-Achse bezeichnet dabei die Fügelänge, während die Y-Achse die Fügekraft angibt. Die einzelnen Zahnformen werden nachstehend anhand der einzelnen Bilder erläutert.
In 3 hat die Zahnbreite der Wellenverzahnung 1 Spiel auf der gesamten Verzahnungslänge gegenüber der Zahnlückenbreite der Nabenverzahnung 2. Die Fügekräfte sind über die gesamte Fügelänge gleich Null.
In 4 hat die Zahnbreite der Wellenverzahnung 1 Übermaß auf der gesamten Verzahnungslänge gegenüber der Zahnlückenbreite der Nabenverzahnung 2. Die Fügekräfte sind positiv von Anfang an, wobei sie mit zunehmender Eingriffslänge aufgrund zunehmender Pressungsflächen linear ansteigen.
In 5 ist eine Schraubenform der Außenverzahnung 1 der Welle 3 gezeigt, wobei die Zahnbreite absolut geringer ist als die über der Länge konstante Zahnlückenbreite der Nabenverzahnung 2. Bei einem Einschieben kann die Wellenverzahnung 1 zunächst mit Spiel eingefädelt werden, so daß die Fügekräfte zunächst Null sind. Mit zunehmendem Abstützen der Verzahnungsenden der Wellenverzahnung 1 an den beiden Flanken der Nabenverzahnung 2 nehmen die Fügekräfte linear zu.
In 6 ist eine Verzahnungspaarung einer erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungsanordnung dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Wellenverzahnung 1 eine über der Länge abgestufte Zahnbreite hat, während die Nabenverzahnung 2 über der Länge konstante Zahnlückenbreite hat. Dies hat zur Folge, daß etwa über der halben Fügelänge die Wellenverzahnung 1 kraftfrei in die Nabenverzahnung 2 eingeführt werden kann und daß erst dann, wenn es zu einer Pressung zwischen dem zweiten Abschnitt der Wellenverzahnung 1 mit der Nabenverzahnung 2 kommt, die Fügekräfte positiv werden und mit zunehmender Fügelänge linear ansteigen. Bei dieser Lösung trägt die Wellenverzahnung 1 im zweiten Abschnitt 8, in dem Pressung zwischen Welle 3 und Nabe 4 vorliegt, gleichmäßig über die gesamte Länge. Bei Belastungen, die über der zulässigen Belastung dieses Abschnitts 8 hinausgehen, kommt es aufgrund der dann auftretenden Verformungen zum Mittragen des ersten Abschnitts 7, der eine Übergangs- bzw. Spielpassung aufweist.
In 7 ist eine Verzahnungspaarung einer weiteren erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungsanordnung gezeigt. Dabei hat die Außenverzahnung 1 der Welle 3 über der Länge eine konstante Zahnbreite, während die Innenverzahnung 2 der Na be 4 am freien ersten Ende eine größere Zahnlückenbreite und abgestuft am anschlußseitigen zweiten Ende eine geringere Zahnlückenbreite hat. Auch hierbei kann zunächst über die Länge des ersten Abschnitts 9, die etwa der halben Verzahnungslänge entspricht, die Wellenverzahnung 1 kraftfrei in die Nabenverzahnung 2 eingeführt werden, bis die Preßpassung zwischen der Wellenverzahnung 1 und dem zweiten (rechten) Abschnitt 10 der Nabenverzahnung 2 wirksam wird. Ab hier sind die Fügekräfte positiv und nehmen mit zunehmender Fügelänge linear zu. Es ergeben sich dieselben Vorteile wie bei der Ausführungsform nach 6.
In 8 ist eine weitere erfindungsgemäße Verzahnungspaarung gezeigt, bei der die Wellenverzahnung 1 am anschlußseitigen Ende links eine größere Breite hat und zum freien ersten Wellenende rechts hin abgestuft eine geringere Breite hat, während die Innenverzahnung 2 der Nabe 4 am freien ersten Ende links eine größere Zahnlückenbreite hat und abgestuft am anschlußseitigen zweiten Ende rechts eine geringere Zahnlückenbreite hat. Auch hierbei kann ein Fügen zunächst über der etwa halben Länge kraftlos erfolgen, bis etwa gleichzeitig Preßpassungen zwischen dem linken Abschnitt 8 der Wellenverzahnung 1 und dem linken Abschnitt 9 der Nabenverzahnung 2 sowie zwischen dem rechten Abschnitt 7 der Wellenverzahnung 1 und dem rechten Abschnitt 10 der Nabenverzahnung 2 zur Wirkung kommen. Von diesem Moment an steigen die Fügekräfte über der Fügelänge linear an. Dadurch, daß sowohl die Wellenverzahnung 1 als auch die Nabenverzahnung 2 gestuft sind, trägt die Verzahnung in montiertem Zustand mit Ausnahme des Abschnitts zwischen den Stufen über ihre gesamte Länge. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Stufensprünge aller entsprechend vorgenannten Ausführungsbeispiele nicht zwingend sind. Die Übergänge zwischen den ersten und zweiten Abschnitten können auch sprungfrei gestaltet werden, beispielsweise mittels Übergangkonus, um Spannungen zu vermeiden.
In 9 ist eine Verzahnungspaarung gezeigt, bei der die Zahnbreite der Wellenverzahnung 1 vom anschlußseitigen Ende links bis zum freien Wellenende rechts linear abnimmt, während die Zahnlückenbreite der Innenverzahnung 2 der Nabe 4 vom freien Nabenende links zum anschlußseitigen zweiten Ende rechts ebenfalls linear abnimmt. Es wird somit auf eine Zahnpaarung bezogen jeweils ein Keil in eine entsprechende Keilnut eingefügt. Hieraus ergibt sich, daß über einen wesentlichen Teil der Fügelänge das Einfügen kraftfrei ist und erst in einem letzten Abschnitt des Fügeweges, wenn die sich ergänzenden Zahnflanken im wesentlichen zeitgleich zur Anlage kommen, der restliche Fügeweg mit positiven linear ansteigenden Fügekräften behaftet ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine maximale Traglänge der Verzahnung.
Kombinationen der hiermit angedeuteten Möglichkeiten sind möglich, d. h. beispielsweise abgestufte Zahnbreiten bzw. Zahnlückenbreiten in mehr als zwei Stufen und Kombinationen von Zahnbreitenabschnitten bzw. Zahnlückenabschnitten konstanter Breite mit Zahnbreitenabschnitten bzw. Zahnlückenabschnitten mit keilförmiger Änderung ebenso wie die Kombination von einzelnen keilförmigen Zahnbreitenabschnitten bzw. Zahnlückenbreitenabschnitten mit Stufenübergängen.
In den 10 bis 12 sind Anwendungen für die erfindungsgemäßen Welle-Nabe-Verbindungsanordnungen dargestellt. Es versteht sich, daß diese nur beispielhaft genannt sind und auch andere Verwendungen denkbar sind.
10 zeigt eine Radnabe-Gelenk-Einheit 12 für ein Kraftfahrzeug mit einer Radnabe 13 und einem mittels einer zentralen Schraube 14 mit der Radnabe 13 verbundenem Gleichlaufdrehgelenk 15 zum Anschließen einer Seitenwelle 16. Die Radnabe 13 hat einen Flansch 17 zum Anbringen eines Rades sowie einen an den Flansch anschließenden hülsenförmigen Abschnitt 18, der mittels einem zweireihigen Radlager 19 in einem Träger 20 gelagert ist. Das Gleichlaufdrehgelenk 15 ist in Form eines Verschiebegelenks gestaltet und umfaßt ein Gelenkaußenteil 22 mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil 23 mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln 24, die jeweils in eine Außenbahn und eine Innenbahn eingreifen, sowie einen die Kugeln 24 in einer gemeinsamen Ebene haltenden Käfig 25. Das Gelenkaußenteil 22 ist in sogenannter Monoblockbauweise gestaltet und umfaßt einen einstückig angeformten Zapfen 26, in den die Schraube 14 zur Befestigung mit der Radnabe 13 eingreift. Der Zapfen 26 hat an seiner Außenumfangsfläche eine Außenverzahnung 1', die in eine Innenverzahnung 2' im hülsenförmigen Abschnitt 18 der Radnabe 13 zur Drehmomentübertragung dient. Die so gebildete Welle-Nabe-Verbindungsanordnung ist nach einer der in den 6 bis 9 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen gestaltet. Das Gelenkinnenteil 23 hat eine Bohrung mit einer Innenverzahnung 2'', in die die Seitenwelle 16 mit einer Außenverzahnung 1'' zur Drehmomentübertragung eingesteckt und mittels einem Sicherungsring 27 axial gesichert ist. Die so zwischen dem Gelenkinnenteil 23 und der Seitenwelle 16 gebildete Welle-Nabe-Verbindungsanordnung kann ebenfalls nach einer der in den 6 bis 9 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein.
In 11 ist eine Anbindung einer Längsantriebswelle 31 an den Zapfen 32 eines Achsdifferentials, von dem nur das Gehäuse 33 sichtbar ist, mittels eines Gleichlaufdrehgelenks 34 gezeigt. Das Gleichlaufdrehgelenk 34 ist ein scheibenförmiges Verschiebegelenk, das ein Gelenkaußenteil 35 mit Außenbahnen, ein Gelenkinnenteil 36 mit Innenbahnen, drehmomentübertragende Kugeln 37, die jeweils in eine Außenbahn und eine Innenbahn eingreifen, sowie einen die Kugeln 37 in einer gemeinsamen Ebene haltenden Käfig 38 umfaßt. Das Gelenkinnenteil 36 hat eine Bohrung mit einer Innenverzahnung 2''', in die der Zapfen 32 des Achsdifferentials mit einer Außenverzahnung 1''' zur Drehmomentübertragung eingesteckt ist. Die so zwischen dem Gelenkinnenteil 36 und dem Zapfen 32 gebildete Welle-Nabe-Verbindungsanordnung ist nach einer der in den 6 bis 9 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ausgeführt. Zwischen dem Gelenkaußenteil 35 und dem Zapfen 32 ist eine Faltenbalganordnung 39 vorgesehen, die den Gelenkraum zum Achsdifferential hin abdichtet. In Richtung zur Längsantriebswelle 31 ist eine das Gelenk 34 abdichtende Kappe 40 vorgesehen.
12 zeigt die Anbindung eines Gleichlaufdrehgelenks 41 an ein Differentialgetriebe 42, das nur teilweise dargestellt ist. Das Differentialgetriebe 42 umfaßt einen im Getriebegehäuse 43 gelagerten Differentialkorb 44, der um eine Drehachse A drehend antreibbar ist, zwei Seitenwellenräder 45, die in dem Differentialkorb 44 drehbar gehalten sind und zur Drehmomentübertragung auf die Seitenwellen dienen, sowie mehrere Ausgleichsräder 46, die gemeinsam mit dem Differentialkorb 44 umlaufen und mit den Seitenwellenrädern 45 in Verzahnungseingriff sind. In das hier nur sichtbare linke der Seitenwellenräder 45 ist ein Zapfen 47 des Gleichlaufdrehgelenks 41 drehfest eingesteckt. Dabei ist die zwischen dem Seitenwellenrad 45 und dem Zapfen 46 gebildete Welle-Nabe-Verbindungsanordnung 1'''', 2'''' nach einer der in den 6 bis 9 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Außenverzahnung (Welle)
2: Innenverzahnung (Nabe)
3: Welle
4: Nabe
5: Zahn (Welle)
6: Zahn (Nabe)
7: erster Abschnitt (Welle)
8: zweiter Abschnitt (Welle)
9: erster Abschnitt (Nabe)
10: zweiter Abschnitt (Nabe)
12: Radnabe-Gelenk-Einheit
13: Radnabe
14: Schraube
15: Gleichlaufdrehgelenk
16: Seitenwelle
17: Radflansch
18: hülsenförmiger Abschnitt
19: Radlager
20: Träger
22: Gelenkaußenteil
23: Gelenkinnenteil
24: Kugel
25: Käfig
26: Zapfen
27: Sicherungsring
31: Längsantriebswelle
32: Zapfen
33: Gehäuse
34: Gleichlaufdrehgelenk
35: Gelenkaußenteil
36: Gelenkinnenteil
37: Kugel
38: Käfig
39: Faltenbalganordnung
40: Kappe
41: Gleichlaufdrehgelenk
42: Differentialgetriebe
43: Gehäuse
44: Differentialkorb
45: Seitenwellenrad
46: Ausgleichsrad
47: Zapfen
A: Drehachse
T: Toleranzfeld

Claims

Welle-Nabe-Verbindungsanordnung mit ineinandergreifenden drehmomentübertragenden Verzahnungen an der Welle (3) und in der Nabe (5), wobei die Welle (3) eine Außenverzahnung (1) zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende der Welle (3) aufweist und die Nabe (4) eine Innenverzahnung (2) zwischen einem freien ersten Ende und einem anschlußseitigen zweiten Ende der Nabe (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnbreiten bzw. Zahnlückenbreiten zumindest eines der beiden Bauteile, nämlich der Welle (3) oder der Nabe (4), über der Länge der Verzahnungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ende derart gestaltet ist, daß eine zu Beginn des Fügens zwischen den Verzahnungen an den freien ersten Enden zwischen der Welle (3) und der Nabe (4) gebildete Passung eine geringere Pressung aufweist, als eine bei Abschluß des Fügens zwischen den Verzahnungen an dem freien ersten Ende des einen Bauteils und dem anschlußseitigen zweiten Ende des anderen Bauteils gebildete Passung.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte Passung mit der geringeren Pressung zu Beginn des Fügens Spiel- und Übergangspassungen einschließt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (2) der Nabe (4) durchgehend gleich ist und die Außenverzahnung (1) der Welle (3) am freien ersten Ende eine minimale Zahnbreite und am zweiten Ende eine maximale Zahnbreite aufweist. (3)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung (1) der Welle (3) durchgehend gleich ist und die Innenverzahnung (2) der Nabe (4) am freien ersten Ende maximale Zahnlückenbreite und am zweiten Ende minimale Zahnlückenbreite aufweist. (4)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (2) der Nabe (4) gestuft ist und am zweiten Ende eine minimale Zahnlückenbreite und am ersten Ende eine maximale Zahnlückenbreite aufweist, während die Außenverzahnung (1) der Welle (3) gestuft ist und am zweiten Ende eine maximale Zahnbreite und am freien ersten Ende eine minimale Zahnbreite aufweist. (5)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (2) der Nabe (4) über der Länge vom freien ersten Ende bis zum zweiten Ende im wesentlichen eine konstant abnehmende Zahnlückenbreite hat, während die Außenverzahnung (1) der Welle (3) vom zweiten Ende bis zum freien ersten Ende im wesentlichen eine konstant abnehmende Zahnbreite hat (6).
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Passungen der verbauten Anordnung über der Länge der Verzahnungen in Stufen ändern.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Passungen der verbauten Anordnungen über der Länge der Verzahnungen im wesentlichen konstant verhalten.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Fußkreisdurchmesser und konstantem Kopfkreisdurchmesser ausschließlich die Zahnbreite bzw. Zahnlückbreite über der Länge der Verzahnungen variiert.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen trochoidenförmige oder evolventenförmige Flanken haben.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe ein Gelenkinnenteil (36) eines Gleichlaufdrehgelenks (34) und die Welle ein Getriebezapfen (32) ist. (11)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe ein Gelenkinnenteil (23) eines Gleichlaufdrehgelenks (15) und die Welle (3) eine Zwischenwelle (16), insbesondere einer Seitenwelle, ist. (10)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe eine Radnabe (13) und die Welle der Wellenzapfen (26) eines Gelenkaußenteils (22) eines Gleichlaufdrehgelenks (15) in Monoblockbauweise ist. (10)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe ein Seitenwellenrad (46) eines Differentialgetriebes (42) und die Welle der Zapfen (47) eines Gelenkaußenteils eines Gleichlaufdrehgelenks (41) in Monoblockbauweise ist. (12)
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Bauteile, nämlich die Welle (3) oder die Nabe (4), ungehärtet ist.