DE102007005849B4

DE102007005849B4 - Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einem Wellenbauteil

Info

Publication number: DE102007005849B4
Application number: DE200710005849
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Cermak
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: DE102007005849A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk 2 und einer Welle 20 mit einer Spannhülse 30. Das Gleichlaufdrehgelenk 2 umfasst ein Gelenkinnenteil 3, ein Gelenkaußenteil 4 und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirksame drehmomentübertragende Elemente 5, wobei das Gelenkinnenteil 3 mit einem Wellenzapfen 8 fest verbunden ist, der an einem dem Gleichlaufdrehgelenk abgewandten Ende eine erste Stirnverzahnung 9 und ein erstes Außengewinde 10 aufweist. Die Welle 20 weist an ihrem dem Gleichlaufdrehgelenk zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung 21 und ein zweites Außengewinde 22 auf, wobei die erste Stirnverzahnung 9 und die zweite Stirnverzahnung 21 miteinander in Verzahnungseingriff sind. Die Spannhülse 30 hat ein erstes Innengewinde 31, das mit dem ersten Außengewinde 10 verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde 32, das mit dem zweiten Außengewinde 22 verschraubt ist, wobei das erste Innengewinde 31 und das zweite Innengewinde 32 unterschiedliche Steigungen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einem Wellenbauteil, insbesondere im Längsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Wellenbauteil kann beispielsweise als Getriebewelle eines Achsgetriebes oder Schaltgetriebes gestaltet sein, die in einem ortsfesten Getriebegehäuse drehbar gelagert ist, wobei das Gleichlaufdrehgelenk sich dann an einem Ende der Längsantriebswelle befindet. Das Wellenbauteil kann aber auch als Wellenflansch gestaltet und Teil einer mehrteiligen Längsantriebswelle sein, wobei das Gleichlaufdrehgelenk dann als Zwischengelenk eingesetzt ist.
Die DE 10 2004 048 079 A1 zeigt eine Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk, das Teil einer Längsantriebswelle ist, und einem axial festgelegten Wellenzapfen. Der Wellenzapfen greift mittels einer Längsverzahnung drehfest in ein Gelenkinnenteil des Gleichlaufdrehgelenks ein. Die Längsantriebswelle weist ferner einen Gewindeabschnitt auf, an der eine Verschraubungshülse aufgeschraubt ist. Die Verschraubungshülse greift in eine Eindrehung des Gelenkinnenteils ein, wobei ein in der Eindrehung einsitzender Sicherungsring das Gelenkinnenteil gegenüber der Verschraubungshülse axial fixiert.
Aus der DE 10 2005 019 199 A1 ist eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks und einem Anschlußflansch bekannt. Die drehfeste Verbindung zwischen Gelenkaußenteil und Anschlußflansch wird mittels Schrauben bewerkstelligt, die in axiale Gewindelöcher eingeschraubt sind.
Die FR 2 712 049 A1 offenbart eine Verbindung zwischen einer Lenkwelle und einer Nabe, die über Konusflächen aneinander axial abgestützt und mittels einer Längsverzahnung drehfest miteinander verbunden sind. An der Lenkwelle und an der Nabe sind jeweils Außengewinde vorgesehen, auf die eine Mutter mit zwei entsprechenden Innengenwindeabschnitten aufgeschraubt ist. Die Außengewinde der Lenkwelle und der Nabe weisen unterschiedliche Steigungen auf, so daß beim Festziehen der Mutter die Lenkwelle und die Nabe an den konischen Anlageflächen miteinander axial verspannt werden.
Aus der DE 440 816 A ist eine Wellenkupplung zur Verbindung zweier Wellen bekannt. Die Wellen weisen an ihren einander zugewandten Enden Ringnuten auf, in die jeweils zweiteilige Ringe eingelegt sind. Die zweiteiligen Ringe werden von Flanschringen hintergriffen. Die Flanschringe sind an ihrem Umfang mit Rechts- und Linksgewinde versehen, auf die eine ebenfalls mit Rechts- und Linksinnengewinde versehene Mutter aufgeschraubt wird.
Aus der WO 2007/010105 A1 ist eine Radnabe-Drehgelenk-Einheit bekannt. Das Drehgelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil, das einteilig mit der Radnabe ausgebildet ist, sowie ein Gelenkinnenteil, in das ein Wellenzapfen drehfest eingreift. Es ist eine Verbindungsanordnung zum Verbinden des freien Endes des Wellenzapfens mit der Seitenwelle des Kraftfahrzeugs sowie mit dem Wellenbund des Faltenbalgs vorgesehen. Der Wellenbund greift dabei in Ringnuten des Wellenzapfens einerseits und der Seitenwellen andererseits ein. Anschließend wird eine Verschraubungsmutter auf den Wellenbund aufgeschraubt, so daß die Bauteile axial relativ zueinander gesichert sind.
Aus der DE 44 19 342 C1 ist eine Kupplung zum Verbinden zweier Wellen bekannt. Die beiden Wellen weisen an ihren einander zugewandten Enden Bunde auf, die mit Außenverzahnungen versehen sind. Auf diese Außenverzahnungen ist eine erste Spannhülse mit einer entsprechenden Innenverzahnung drehfest aufgeschoben, die den ersten Bund mit einem Kragen hintergreift. Die erste Spannhülse hat ein Außengewinde, auf das eine zweite Spannhülse mit einem entsprechenden Innengewinde aufgeschraubt ist, die den zweiten Bund mit einem Kragen hintergreift.
Aus der DE 31 49 156 A1 ist eine weitere Kupplung zum Verbinden zweier Wellen miteinander bekannt. Die Wellen weisen an ihren Enden Flansche mit Stirnverzahnungen auf, die zur Drehmomentübertragung ineinandergreifen. Beide Flansche werden von Spannklauen umfaßt, die mittels radial überstehender Bunde zusammengepreßt werden. Dabei werden die Spannklauen im erwärmten Zustand radial auf die Flansche aufgeschoben, so daß durch Schrumpfen eine axiale Vorspannkraft entsteht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einer Welle vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist, kompakt baut und eine leichte Montage ermöglicht.
Eine erste erfindungsgemäße Lösung besteht in einer Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einer Welle mit einer Spannhülse; das Gleichlaufdrehgelenk umfaßt ein Gelenkinnenteil, ein Gelenkaußenteil und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirksame drehmomentübertragende Elemente, wobei das Gelenkinnenteil mit einem Wellenzapfen fest verbunden ist, der an einem dem Gleichlaufdrehgelenk abgewandten Ende eine erste Stirnverzahnung und ein erstes Außengewinde aufweist; die Welle weist an ihrem dem Gleichlaufdrehgelenk zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung und ein zweites Außengewinde auf, wobei die erste Stirnverzahnung und die zweite Stirnverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff sind; die Spannhülse hat ein erstes Innengewinde, das mit dem ersten Außengewinde verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde, das mit dem zweiten Außengewinde verschraubt ist, wobei das erste Innengewinde und das zweite Innengewinde bzw. das erste Außengewinde und das zweite Außengewinde unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Dadurch daß die beiden Innengewinde der Spannhülse bzw. die Außengewinde der zu verbindenden Bauteile unterschiedliche Steigungen haben, verringert sich beim Festziehen bei jeder Umdrehung der Spannhülse der Abstand zwischen Wellenzapfen und Welle um den Betrag der Differenz der Steigungen, was zu einem Verspan nen der beiden Bauteile führt. Es versteht sich, daß die Steigung des ersten Außengewindes der Steigung des ersten Innengewindes entspricht und daß die Steigung des zweiten Außengewindes der Steigung des zweiten Innengewindes entspricht. Bei dieser Verbindungsanordnung kann das Gleichlaufdrehgelenk komplett vormontiert werden, so daß sich der Montageaufwand bei der Endmontage der Verbindungsanordnung reduziert. Weitere Vorteile liegen darin, daß das Zusammensetzen der Stirnverzahnungen auf einem kurzen Fügeweg erfolgen kann und daß für das Verspannen mit der Spannhülse lediglich ein geringes Fügemoment aufzubringen ist. Insgesamt ergibt sich hieraus, daß die Verbindungsanordnung in vorteilhafter Weise in einem engen Bauraum mit wenig Kraftaufwand montiert werden kann, was sich wiederum günstig auf die Montagezeit auswirkt. Die Stirnverzahnung und die Spannhülse sind mit axialem Abstand zum Gleichlaufdrehgelenk angeordnet, so daß die Nahtstelle der Verbindungsanordnung, an der die Endmontage erfolgt, für ein Montagewerkzeug gut zu erreichen ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Welle in Form einer Getriebewelle gestaltet, insbesondere als Eingangswelle eines Achsdifferentials. Das Gleichlaufdrehgelenk befindet sich bei dieser Ausführungsform dann am Ende einer Gelenkwellenanordnung, insbesondere einer mehrteiligen Längsantriebswelle. Die Fügestelle zwischen der zu montierenden Längsantriebswelle liegt damit unmittelbar am ortsfesten Getriebe. Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist das Außengewinde der Getriebewelle derart gestaltet, daß es genügend Raum für eine Spannmutter bietet, die vor dem Aufschrauben der Spannhülse auf das Außengewinde aufgeschraubt wird. Die Spannmutter dient zum axialen Verspannen eines Wälzlagers, mit dem die Getriebewelle in dem Getriebegehäuse gelagert ist. Das Gelenkinnenteil und der Wellenzapfen sind vorzugsweise einteilig gestaltet, wodurch sich eine geringe Teilezahl und ein einfacher Aufbau ergibt.
Eine erfindungsgemäße zweite Lösung der obengenannten Aufgabe liegt in einer Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einem Wellenflansch mit einer Spannhülse; das Gleichlaufdrehgelenk umfaßt ein mit einem Wellenzapfen verbindbares Gelenkinnenteil, ein Gelenkaußenteil und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirksame drehmomentübertragende Elemen te, wobei das Gelenkaußenteil an einem Ende eine erste Stirnverzahnung und ein erstes Außengewinde aufweist; der Wellenflansch weist an seinem dem Gelenk zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung und ein zweites Außengewinde auf, wobei die erste Stirnverzahnung und die zweite Stirnverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff sind; die Spannhülse hat ein erstes Innengewinde, das mit dem ersten Außengewinde verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde, das mit dem zweiten Außengewinde verschraubt ist, wobei das erste Innengewinde und das zweite Innengewinde bzw. das erste Außengewinde und das zweite Außengewinde unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Diese Lösung bietet dieselben Vorteile wie die obengenannte Ausführungsform, insbesondere die Vormontierbarkeit des Gleichlaufdrehgelenks, kurze Fügeweg und geringe Fügekräfte bzw. geringe Fügemomente. Die Stirnverzahnung und die Spannhülse sind radial außen am Gleichlaufdrehgelenk bzw. am Wellenflansch angeordnet, so daß die Nahtstelle der Verbindungsanordnung, an der die Endmontage erfolgt, für ein Montagewerkzeug gut zu erreichen ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Wellenflansch Teil einer mehrteiligen Längsantriebswelle, wobei das Gleichlaufdrehgelenk das Zwischengelenk der Längsantriebswelle bildet. Das Gelenkinnenteil kann mit dem Wellenzapfen einteilig ausgebildet sein oder die beiden Bauteile können zunächst separat hergestellt und nachträglich miteinander fest verbunden werden, beispielsweise mittels Schweißen. Das Gelenkinnenteil ist vorzugsweise ringscheibenförmig gestaltet, wobei die dem Wellenflansch zugewandte Öffnung des Gelenkaußenteils nach einer günstigen Ausgestaltung mit einer Kappe verschlossen ist.
In bevorzugter Ausgestaltung, die für beide Lösungen gilt, ist zur Vereinfachung der Montage auf zumindest einem der zu verbindenden Bauteile, nämlich Wellenzapfen oder Welle gemäß der ersten Lösung bzw. Gelenkaußenteil oder Wellenflansch gemäß der zweiten Lösung ein gewindefreier Endabschnitt gebildet. Insbesondere ist auf dem Wellenzapfen bzw. dem Gelenkaußenteil ein erster gewindefreier Endabschnitt und auf der Welle bzw. dem Wellenflansch ein zweiter gewindefreier Endabschnitt gebildet, wobei die gewindefreien Endabschnitte in montiertem Zustand, das heißt bei vollständig ineinandergreifenden Stirnverzahnungen, eine axiale Gesamtlänge L_F aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Länge L_I des Innengewindes mit größerer Steigung, also L_F < L_I. Somit wird ermöglicht, daß die Spannhülse über die axiale Länge des Innengewindes mit kleinerer Steigung hinaus auf das entsprechende Wellenbauteil aufgeschraubt werden kann, so daß der erforderliche axiale Fügeweg reduziert wird. In vollständig auf das Gewinde kleinerer Steigung aufgeschraubtem Zustand können die Stirnverzahnungen somit erst lose miteinander in Eingriff gebracht werden, bevor das Innengewinde mit der größeren Steigung auf das zugehörige Außengewinde verschraubt wird. Durch die gewindefreien Endabschnitte ergibt sich damit, im Zusammenspiel mit der Länge des zweiten Innengewindes, eine Festlegung des Verschraubungswegs zur Sicherung der notwendigen Gewindeüberdeckung, was wiederum zu einer vereinfachten Handhabung bei der Montage führt. Die Spannhülse weist zwischen den beiden Innengewinden einen gewindefreien Zwischenabschnitt auf, was sich auch günstig auf die Herstellung der Innengewinde auswirkt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide Lösungen gilt, weist das erste Innengewinde eine kleinere Steigung auf als das zweite Innengewinde. Hierdurch ergibt sich für den Montageablauf, daß im ersten Montageschritt die Spannhülse zunächst auf den Wellenzapfen bzw. auf das Gelenkaußenteil aufgeschraubt wird. Das erste Innengewinde und das zweite Innengewinde weisen gleiche Drehrichtungen, nämlich entweder beide rechtsdrehend oder beide linksdrehend, und unterschiedliche Steigungen auf. Das zum Festziehen der Spannhülse und damit zum Verspannen notwendige Drehmoment wird somit durch die Differenz der Steigungen der beiden Innengewinde festgelegt. Im Gegensatz zu Verbindungsanordnungen mit gegenläufigen Drehrichtungen, bei denen das zum Verspannen notwendige Drehmoment durch die Summe der Steigungen der beiden Innengewinde festgelegt wird, sind geringe Festziehmomente nötig, was sich vorteilhaft auf die Endmontage auswirkt. Dabei beträgt eine bevorzugte Differenz der Steigungen der beiden Innengewinde zueinander in etwa +/–0,25 mm pro Umdrehung, wodurch sich nach sechs Umdrehungen ein bevorzugter Verspannweg von etwa 1,5 mm ergibt.
Um eine kompakte Baugröße bei optimaler Kraftübertragungsfähigkeit und eine einfache Montage zu gewährleisten, weisen die beiden Innengewinde bzw. die beiden Außengewinde vorzugsweise den gleichen Nenndurchmesser auf. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für beide obengenannte Lösungen gilt, sind die erste Stirnverzahnung und die zweite Stirnverzahnung ähnlich der sogenannten Hirth-Stirnverzahnungen ausgestaltet. Hierdurch ergeben sich eine hohe Kraftübertragungsfähigkeit und eine Selbstzentrierung als Vorteile.
Das Gleichlaufdrehgelenk ist in bevorzugter Ausgestaltung ein Verschiebegelenk nach VL-Bauart. Es sind aber auch andere Gelenktypen wie z. B. Gleichlauffestgelenke, Tripodegelenke oder Kreuzgelenke denkbar.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einem Verfahren zum Montieren einer Verbindungsanordnung, die nach einer der obengenannten Lösungen gestaltet ist, mit den Schritten:
Vormontieren des Gleichlaufdrehgelenks mit dem Gelenkinnenteil, dem elenkaußenteil, den drehmomentübertragenden Elementen und dem Wellenzapfen;
Abdichten einer zwischen dem Gelenkaußenteil des Gleichlaufdrehgelenks und dem Wellenzapfen gebildeten Ringöffnung mit einer Faltenbalganordnung;
Aufschrauben der Spannhülse auf das Außengewinde, das die kleinere Steigung aufweist;
Ineingriffbringen der ersten Stirnverzahnung mit der zweiten Stirnverzahnung;
teilweises Zurückschrauben der Spannhülse auf dem Außengewinde, das die kleinere Steigung aufweist, und gleichzeitiges Aufschrauben der Spannhülse auf das Außengewinde, das die größere Steigung aufweist.
Durch das teilweise Zurückschrauben der Spannhülse von dem einen Außengewinde und dem gleichzeitigen Aufschrauben der Spannhülse auf das andere Außengewinde, werden die beiden zu verbindenden Bauteile, nämlich Wellenbauteil und Anschlußbauteil, miteinander verspannt, wobei die beiden Stirnverzahnungen zunehmend axial ineinandergreifen. Vor dem teilweisen Herunterschrauben der Spannhülse werden die beiden Bauteile nur lose aneinander angesetzt, wobei sie schon in Verzahnungseingriff sind, aber noch einen definierten axialen Abstand zueinander haben. Mit zunehmendem Herunterschrauben der Spannhülse von dem einen Außengewinde und gleichzeitigem Aufschrauben auf das andere Außengewinde reduziert sich der axiale Abstand der beiden Bauteile, wobei eine Verspannung der Stirnverzahnungen zunimmt.
Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß durch das Vormontieren des Gleichlaufdrehgelenks inklusive Abdichten des Gelenkraums mit der Faltenbalganordnung, der Endmontageaufwand deutlich reduziert wird. In der Endmontage sind lediglich das Ineingriffbringen der Stirnverzahnungen und das Verschrauben der Spannhülse vorzunehmen.
Bei einer möglichen ersten Ausführungsform, bei der das Wellenbauteil als Getriebewelle eines ortsfesten Getriebes gestaltet ist und bei der das Gleichlaufdrehgelenk sich an einem Ende einer Längsantriebswelle befindet, wird vorzugsweise vor dem Inverzahnungseingriffbringen der ersten Stirnverzahnung mit der zweiten Stirnverzahnung eine Spannmutter zum Festlegen eines Lagerringes auf das zweite Außengewinde aufgeschraubt. Der Lagerring ist dabei Bestandteil eines Wälzlagers, das zum Lagern der Getriebewelle in einem Gehäuse des Getriebes dient. Es kann sich um einen Lagerinnenring oder einen Lageraußenring handeln, der mittels der Spannmutter axial verspannt wird. Das zweite Außengewinde erfüllt somit in vorteilhafter Weise zwei Zwecke, nämlich Verspannen des Lagerrings und Anbindung der Verbindungsanordnung.
Bei einer möglichen zweiten Ausführungsform, bei der das Wellenbauteil als Wellenflansch gestaltet ist und bei der das Gleichlaufdrehgelenk das Endgelenk einer mehrteiligen Längsantriebswelle bildet, ist das Gelenkaußenteil vorzugsweise ringscheibenförmig gestaltet. Als bevorzugter weiterer Verfahrensschritt ist vor dem Aufschrauben der Spannhülse vorgesehen, daß die dem Wellenflansch zugewandte Öffnung mittels einer Kappe verschlossen wird. Hiermit wird erreicht, daß die Öffnung bereits vor der Endmontage verschlossen ist, so daß der Austritt von Schmiermittel verhindert wird, was sich günstig auf die Montagedauer auswirkt. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zum Montieren der Verbindungsanordnung, daß die Welle mit wenigen Handgriffen an das komplett vormontierte und be reits abgedichtete Gleichlaufdrehgelenk angeschlossen werden kann. Diese Ausführungsform, bei der das Wellenbauteil als Wellenflansch gestaltet ist, kann auch zur Verbindung zwischen dem Gelenkaußenteil und einem Wellenrohr mit einem entsprechenden Flanschanschluß benutzt werden, wenn das Gleichlaufdrehgelenk als Zwischengelenk in einer mehrteiligen Längsantriebswelle eingesetzt werden soll.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in einer ersten Ausführungsform in montiertem Zustand im Längsschnitt;
2 die Verbindungsanordnung aus 1 während der Montage im Detail;
3 die Verbindungsanordnung aus 1 nach der Montage im Detail;
4 eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform in montiertem Zustand im Längsschnitt.
Die 1 bis 3 werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Verbindungsanordnung 1 in einer ersten Ausführungsform zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk 2 und einer Welle 20 gezeigt, die mittels einer Spannhülse 30 miteinander verspannt sind. Das Gleichlaufdrehgelenk 2, das als Gleichlaufverschiebegelenk gestaltet ist, umfaßt ein Gelenkinnenteil 3 mit inneren Kugelbahnen 6, ein Gelenkaußenteil 4 mit äußeren Kugelbahnen 7, drehmomentübertragende Kugeln 5, die in aus inneren und gegenüberliegenden äußeren Kugelbahnen 6, 7 gebildeten Bahnpaaren geführt sind, sowie ein Käfig 11, in dem die Kugeln 5 aufgenommen sind und in der Winkelhalbierenden Ebene gehalten werden. Das Gelenkinnenteil 3 ist einstückig mit einem Wellenzapfen 8 gestaltet, der an einer Stirnseite eine erste Stirnverzahnung 9 und an einer zur Stirnverzahnung benachbarten Außenfläche ein erstes Außengewinde 10 hat. Die erste Stirnverzahnung 9 ist als Stirnverzahnung ähnlich einer so genannten Hirth-Verzahnung gestaltet. Zwischen Außengewinde 10 und Stirnverzahnung 9 ist ein erster gewindefreier Endabschnitt 14 gebildet. Das Gelenkaußenteil 4 ist mit einer nur teilweise dargestellten Antriebswelle 13 fest verbunden, beispielsweise verschweißt.
Die Welle 20 weist an ihrem dem Wellenzapfen 8 zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung 21 auf und hat an einer zur zweiten Stirnverzahnung 21 benachbarten Außenfläche ein zweites Außengewinde 22. Die zweite Stirnverzahnung 21 ist zur ersten Stirnverzahnung gegengleich gestaltet. Zwischen Außengewinde 22 und Stirnverzahnung 21 ist ein zweiter gewindefreier Endabschnitt 24 gebildet. Die Welle 20 ist einteilig mit einem Ritzel 50 gestaltet, welches Bestandteil eines anschließenden, nicht dargestellten Getriebes, inbesondere eines Hinterachsdifferentials, ist.
Der Wellenzapfen 8 und die Welle 20 sind an ihren Stirnverzahnungen 9, 21 in Verzahnungseingriff und mittels der Spannhülse 30 miteinander axial verspannt. Die Spannhülse 30 ist als Differentialmutter gestaltet und hat ein erstes Innengewinde 31, das auf das erste Außengewinde 10 des Wellenzapfens 8 aufgeschraubt ist, und ein zweites Innengewinde 32, das auf das zweite Außengewinde 22 der Welle 20 aufgeschraubt ist. Die Innengewinde 31, 32 haben eine in etwa identische axiale Länge und weisen unterschiedliche Steigungen bei gleicher Drehrichtung auf, wobei das erste Innengewinde 31 bzw. das erste Außengewinde 10 eine kleinere Steigung hat als das zweite Innengewinde 32 bzw. das zweite Außengewinde 22. Durch die unterschiedlichen Steigungen der Innengewinde 10, 22 bzw. der Außengewinde 31, 32 werden die Welle 20 und der Wellenzapfen 8 beim Drehen der Spannhülse 30 an den Stirnverzahnungen 9, 21 miteinander verspannt. Das erste Innengewinde 31 und das zweite Innengewinde 32 weisen den gleichen Nenndurchmesser D auf. Zwischen den Innengewinden 31, 32 ist ein gewindefreier Zwischenabschnitt 33 vorgesehen, der eine axiale Länge hat, die in etwa der Hälfte der axialen Länge eines der Innengewinde 31, 32 entspricht. Am Außenumfang sind an der Spannhülse 30 nicht dargestellte Schlüsseleingriffsmittel vorgesehen, an denen ein Werkzeug zum Festziehen, beispielsweise ein Maulschlüssel, angreifen kann. Auf dem zweiten Außengewinde 22 der Welle 20 ist eine Spannmutter 51 mit Hülsenansatz aufgeschraubt, die zur Festlegung eines Lagerringes eines nicht dargestellten Wälzlagers auf der Welle 20 dient. Dabei dient das Wälzlager zur Lagerung der Welle 20 bzw. des Wellenzapfens in dem Getriebegehäuse.
Das Gleichlaufdrehgelenk 2 weist zwischen dem Gelenkaußenteil 4 und dem Wellenzapfen 8 eine Ringöffnung 12 auf, die mittels einer Faltenbalganordnung 40 abgedichtet ist. Die Faltenbalganordnung 40 umfaßt einen Balg 41 und einen Adapter 42. Der Balg 41 liegt mit einem inneren Bund auf einer Umfangsfläche des Wellenzapfens 8 dichtend an, mit einem äußeren Bund liegt der Balg 41 in einer inneren Umfangsrille des Adapters 42 dichtend an. Zwischen den Bunden weist der Balg einen Balgabschnitt auf, der sich beim Abwinkeln des Gleichlaufdrehgelenks 2 elastisch verformen kann. Der Adapter 42 ist mit Gelenkaußenteil 4 fest verbunden und gegenüber diesem abgedichtet. An der der Faltenbalganordnung 40 abgewandten Seite ist das Gelenkaußenteil 4 geschlossen gestaltet.
Der Montageablauf wird nachstehend insbesondere anhand der 2 und 3 beschrieben.
In einem Vormontageschritt, der hier nicht näher erläutert wird, wird das Gleichlaufdrehgelenk 2 mit dem Gelenkinnenteil 3 und dem Wellenzapfen 8, dem Gelenkaußenteil 4, dem Käfig 11 und den Kugeln 5 vormontiert. Das Gelenkinnenteil 3 ist einteilig mit dem Wellenzapfen 8 gestaltet. Bei einer denkbaren Ausführungsform, bei der Wellenzapfen und Gelenkinnenteil zunächst zweiteilig hergestellt werden, sind diese während der Vormontage durch geeignete Mittel fest miteinander zu verbinden, z. B. mittels Schweißen. Nach der Montage des Gleichlaufdrehgelenks 2 wird dieses mit der Faltenbalganordnung 40 abgedichtet, so daß nach der Vormontage ein komplett montiertes und abgedichtetes Gleichlaufdrehgelenk 2 vorliegt.
In der Endmontage wird das Gleichlaufdrehgelenk 2, das sich an einem Ende einer Gelenkwellenanordnung befindet, mit der Welle 20 verbunden. Hierfür wird zuerst die Spannhülse 30 mit dem Innengewinde, das die kleinere Steigung aufweist, auf das entsprechende Außengewinde aufgeschraubt. Wie aus 2 ersichtlich ist, hat das erste Innengewinde 31 die kleinere Steigung, so daß mit dem Aufschrauben des ersten Innengewindes 31 der Spannhülse 30 auf das erste Außengewinde 10 des Wel lenzapfens 8 begonnen wird. Die Spannhülse 30 wird nun bis zum Anschlag 15 auf den Wellenzapfen 8 aufgeschraubt. Als Anschlag kann auch das innere Ende der zweiten Innenverzahnung 32 am Anfang der ersten Außenverzahnung 31 genutzt werden. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform, bei der das zweite Innengewinde die kleinere Steigung aufweist, würde mit dem Aufschrauben des zweiten Innengewindes auf das zweite Außengewinde der Welle begonnen; die nachfolgenden Schritte wären entsprechend anzupassen.
Nach dem vollständigen Aufschrauben der Spannhülse 30 auf den Wellenzapfen 8 bis zum Anschlag 15 wird die erste Stirnverzahnung 9 mit der zweiten Stirnverzahnung 21 unter Einhaltung eines definierten axialen Abstands lose in Verzahnungseingriff gebracht. Dabei sind die Längenverhältnisse der gewindefreien Abschnitte 14, 24 zu den Gewindeabschnitten 22, 32; 10, 31 so gestaltet, daß beim Ansetzen des Wellenzapfens 8 an die Welle 20, eine definierte Zwischenposition eingenommen wird, die in 2 gezeigt ist. Diese Zwischenposition ist durch den axialen Anschlag des zweiten Außengewindes 22 gegen das zweite Innengewinde 32 definiert, der beim Aufstecken des Wellenzapfens 8 mit aufgeschraubter Spannhülse 30 auf die Welle 20 erreicht wird. In dieser Zwischenposition greifen die beiden Stirnverzahnungen 9, 21 schon lose ineinander, so daß ein relatives Verdrehen der beiden Bauteile 8, 20 zueinander nicht mehr möglich ist; jedoch ist zwischen den Mittenebenen E, E' der beiden Stirnverzahnungen 9, 21 noch ein axialer Abstand vorhanden. Die Länge der ersten Gewinde 10, 31 ist dabei so gestaltet, daß zwischen den zweiten Gewinden 22, 32 genügend Gewindegänge vorhanden sind, um den Axialabstand zwischen den Mittenebenen E, E' zu schließen, das heißt die Stirnverzahnungen 9, 21 vollständig miteinander in Verzahnungseingriff zu bringen.
Es ist vorgesehen, daß der axiale Abstand L_F zwischen dem stirnseitigen Ende des ersten Außengewindes 10 und dem stirnseitigen Ende des zweiten Außengewindes 22 in der genannten Zwischenposition, in der die Stirnverzahnungen 9, 21 lose ineinandergreifen, größer oder gleich der axialen Länge L_I des zweiten Innengewindes 32 ist, also L_F >= L_I. Somit kann das zweite Innengewinde 32 axial innerhalb der gewindefreien Endabschnitte 14, 24 gehalten werden. Es versteht sich von selbst, daß bei einer Ausführungsform, bei der lediglich ein gewindefreier Endabschnitt gebildet ist, der gleiche Effekt erzielt wird, wenn der einzige gewindefreie Endabschnitt eine axiale Länge aufweist, die in der definierten Zwischenposition bei Anlagekontakt der zweiten Gewinde größer oder gleich der axialen Länge L_I des Innengewindes mit der größeren Steigung ist.
Damit die erste Stirnverzahnung 9 mit der zweiten Stirnverzahnung 21 lose in Verzahnungseingriff gebracht werden können bevor das zweite Außengewinde 22 mit dem zweiten Innengewinde 32 in Kontakt tritt, hat die Spannhülse 30 bei der gezeigten Ausführungsform mit Axialanschlag 15 am Gelenkinnenteil 3 eine definierte axiale Länge L_S. Durch die axiale Längs L_S der Spannhülse 30 wird axiale Abstand L_A zwischen dem Anschlag 15 und einem der Stirnverzahnung 30 zugewandten Gewindeauslauf 25 des zweiten Außengewindes 22 festgelegt. In dem in 2 gezeigten Zwischenzustand mit lose ineinandergreifenden Stirnverzahnungen 9, 21 ist der axiale Abstand L_A geringfügig kleiner bzw. gleich der axialen Länge L_S der Spannhülse 30, also L_A <= L_S.
Nach dem die Spannhülse bis zum Anschlag auf den Wellenzapfen geschraubt ist und die Stirnverzahnungen lose in Verzahnungseingriff gebracht worden sind, wird die Spannhülse 30 vom ersten Innengewinde 31 teilweise zurückgeschraubt. Hierdurch wird die Spannhülse 30 axial in Richtung zur Welle 20 verlagert, wobei das zweite Innengewinde 32 der Spannhülse 30 in das zweite Außengewinde 22 der Welle 20 greift und auf dieses aufgeschraubt wird. Die Spannhülse 30 bleibt jedoch weiterhin mit ihrem ersten Innengewinde 31 im Eingriff mit dem ersten Außengewinde 10 des Wellenzapfens 8. Durch die obengenannten Längenverhältnisse wird gewährleistet, daß zum Ende der Montage, das heißt bei vollständig ineinandergreifenden Stirnverzahnungen 9, 21, eine hinreichende Gewindeüberdeckung zwischen den ersten Gewinden 10, 31 einerseits und den zweiten Gewinden 22, 32 andererseits vorhanden ist. Dabei wird ein Minimum von vier Umdrehungen als ausreichend angesehen. In dem in 3 gezeigten Endmontagezustand mit vollständig verspannten Stirnverzahnungen 9, 21 ist der axiale Abstand zwischen dem Anschlag 15 und dem Gewindeauslauf 25 gegenüber der axialen Länge der Spannhülse 30 daher weiter reduziert.
Die Spannhülse 30 legt, nachdem die beiden Innengewinden 31, 32 mit den beiden Außengewinden 10, 22 in Verschraubungseingriff gebracht sind, bei jeder Umdrehung auf dem jeweiligen Gewinde einen axialen Weg zurück, der der Steigung dieses Gewindes entspricht. Die Steigung am zweiten Innengewinde 32 ist um etwa 0,25 mm pro Umdrehung größer als die Steigung am ersten Innengewinde 31, wodurch sich nach sechs Umdrehungen ein axialer Verschraubungsweg von 1,5 mm ergibt, den die Spanhülse 30 gegenüber dem zweiten Innengewinde 32 mehr als gegenüber dem ersten Innengewinde 31 zurückgelegt hat. Die relativen Endpositionen der Stirnverzahnungen 9, 21 zueinander werden bereits vor den sechs Umdrehungen erreicht, so daß nun, wie in 3 gezeigt, die Welle 20 mit dem Wellenzapfen 8 an den Stirnverzahnungen 9, 21 axial verspannt ist. Die Stirnverzahnung 9, 21 positioniert und zentriert sich während dieses Vorgangs von selbst.
In 4 ist eine Verbindungsanordnung 1' der zweiten Ausführungsform zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk 2' und einer Welle 20' gezeigt, die mittels einer Spannhülse 30' miteinander verspannt sind. Im folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen und unterschiedliche Bauteile mit gestrichenen Bezugszeichen versehen sind. Das Gelenkaußenteil 4' weist an einer Stirnseite eine erste Stirnverzahnung 9' und ein erstes Außengewinde 10' auf. Zwischen Außengewinde 10 und Stirnverzahnung 9' ist ein gewindefreier Endabschnitt 14' gebildet. Das Gelenkinnenteil 3' ist fest mit einem separat ausgeführten Wellenzapfen 8' verbunden.
Die Welle 20' weist an einer Stirnseite einen Wellenflansch 23 auf, der eine zweite Stirnverzahnung 21' und ein zweites Außengewinde 22' aufweist. Zwischen Außengewinde 22' und Stirnverzahnung 21' ist ein gewindefreier Endabschnitt 24' gebildet.
Das Gelenkaußenteil 4' und die Welle 20' sind an ihren Stirnverzahnungen 9', 21' in Verzahnungseingriff und mittels einer Spannhülse 30' verbunden, wobei die Spannhülse 30' hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise im wesentlichen der in 1 gezeigten Spannhülse 30 entspricht. Durch Drehen der Spannhülse 30' wird das Gelenkaußenteil 4' und der Wellenflansch 23 an den Stirnverzahnungen 9', 21' miteinander verspannt. Die Spannhülse 30', die den Gewindedurchmessern entsprechend gegenüber der in 1 gezeigten Spannhülse 30 größer gestaltet ist, weist an einem Außenumfang Schlüsseleingriffsmittel 34 in Gestalt von radialen Ausnehmungen auf.
Das Gelenkaußenteil 4' ist ringscheibenförmig gestaltet und weist an seiner dem Wellenflansch 23 zugewandten Seite eine zweite Öffnung 16 auf. Diese wird mittels einer Kappe 43 bereits vor der Endmontage mit der Spannhülse 30' verschlossen. Auf der dem Wellenflansch 23 abgewandten Seite verschließt eine Faltenbalganordnung 40 entsprechend der oben ersten Ausführungsform die Ringöffnung 12 des Gleichlaufdrehgelenks 2'. Vor der Montage der Spannhülse 30' wurde das Gleichlaufdrehgelenk 2' bereits montiert und mittels der Faltenbalganordnung 40 und der Kappe 43 abgedichtet. Diese Verbindungsanordnung eignet sich besonders gut für eine Anbindung an einen getriebeseitigen Flansch 20'. Aber auch bei einer Anwendung in einer mehrteiligen Gelenkwellenanordnung, bei der die Trennstelle an einem mittigen Zwischengelenk gewünscht ist, kann mit der erfindungsgemäßen Verbindung ein direkter Kraftfluß, beispielsweise mit einem Wellenrohr hergestellt werden.

1 1': Verbindungsanordnung
2 2': Gleichlaufdrehgelenk
3 3': Gelenkinnenteil
4 4': Gelenkaußenteil
5: Kugeln
6: innere Kugelbahnen
7: äußere Kugelbahnen
8 8': Wellenzapfen
9 9': erste Stirnverzahnung
10 10': erstes Außengewinde
11: Käfig
12: Ringöffnung
13: Antriebswelle
14 14': erster Endabschnitt
15: Anschlag
16: zweite Öffnung
20 20': Welle
21 21': zweite Stirnverzahnung
22 22': zweites Außengewinde
23: Wellenflansch
24 24': zweiter Endabschnitt
25: Gewindeauslauf
30 30': Spannhülse
31 31': erstes Innengewinde
32 32': zweites Innengewinde
33: Zwischenabschnitt
34: Schlüsseleingriffsmittel
40: Faltenbalganordnung
41: Balg
42: Adapter
43: Kappe
50: Ritzel
51: Spannmutter
D: Nenndurchmesser
L_F: Länge des gewindefreien Abschnitts
L_I: Länge des zweiten Innengewindes
L_S: Länge der Spannhülse
L_A: axialer Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004048079 A1 [0002]
- DE 102005019199 A1 [0003]
- FR 2712049 A1 [0004]
- DE 440816 A [0005]
- WO 2007/010105 A1 [0006]
- DE 4419342 C1 [0007]
- DE 3149156 A1 [0008]

Claims

Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk (2) und einer Welle (20) mit einer Spannhülse (30); das Gleichlaufdrehgelenk (2) umfaßt ein Gelenkinnenteil (3), ein Gelenkaußenteil (4) und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirksame drehmomentübertragende Elemente (5), wobei das Gelenkinnenteil (3) mit einem Wellenzapfen (8) fest verbunden ist, der an einem dem Gleichlaufdrehgelenk abgewandten Ende eine erste Stirnverzahnung (9) und ein erstes Außengewinde (10) aufweist; die Welle (20) weist an ihrem dem Gleichlaufdrehgelenk zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung (21) und ein zweites Außengewinde (22) auf, wobei die erste Stirnverzahnung (9) und die zweite Stirnverzahnung (21) miteinander in Verzahnungseingriff sind; die Spannhülse (30) hat ein erstes Innengewinde (31), das mit dem ersten Außengewinde (10) verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde (32), das mit dem zweiten Außengewinde (22) verschraubt ist, wobei das erste Innengewinde (31) und das zweite Innengewinde (32) unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einem der zu verbindenden Bauteile, nämlich Wellenzapfen (8) oder Welle (20), ein gewindefreier Endabschnitt (14, 24) gebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wellenzapfen (8) ein erster gewindefreier Endabschnitt (14) gebildet ist, und daß auf der Welle (20) ein zweiter gewindefreier Endabschnitt (24) gebildet ist, wobei die gewindefreien Endabschnitte (14, 24) in vollständig montiertem Zustand zusammen eine axiale Gesamtlänge L_F aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Länge L_I des Innengewindes (32, 31), das die größere Steigung aufweist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkinnenteil (3) und der Wellenzapfen (8) einteilig gestaltet sind.
Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk (2') und einem Wellenflansch (20') mit einer Spannhülse (30'); das Gleichlaufdrehgelenk (2') umfaßt ein Gelenkinnenteil (3'), das mit einem Wellenzapfen (8') verbindbar ist, ein Gelenkaußenteil (4') und zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirksame drehmomentübertragende Elemente (5), wobei das Gelenkaußenteil (4') an einem Ende eine erste Stirnverzahnung (9') und ein erstes Außengewinde (10') aufweist; der Wellenflansch (20') weist an einem dem Gleichlaufdrehgelenk (2') zugewandten Ende eine zweite Stirnverzahnung (21') und ein zweites Außengewinde (22') auf, wobei die erste Stirnverzahnung (9') und die zweite Stirnverzahnung (21') miteinander in Verzahnungseingriff sind; die Spannhülse (30') hat ein erstes Innengewinde (31'), das mit dem ersten Außengewinde (10') verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde (32'), das mit dem zweiten Außengewinde (22') verschraubt ist, wobei das erste Innengewinde (31') und das zweite Innengewinde (32') unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einem der zu verbindenden Bauteile, nämlich dem Gelenkaußenteil (4') oder dem Wellenflansch (20'), ein gewindefreier Endabschnitt (14', 24') gebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gelenkaußenteil (4') ein erster gewindefreier Endabschnitt (14') gebildet ist, und daß auf dem Wellenflansch (20') ein zweiter gewindefreier Endabschnitt (24') gebildet ist, wobei die gewindefreien Endabschnitte (14', 24') in vollständig montiertem Zustand zusammen eine axiale Gesamtlänge L_F aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Länge L_I des Innengewindes (32', 31'), das die größere Steigung aufweist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Innengewinde (31') eine kleinere Steigung aufweist als das zweite Innengewinde (32').
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Innengewinde (31, 31') und das zweite Innengewinde (32, 32') die gleiche Drehrichtung aufweisen.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Steigungen der beiden Innengewinde (31, 31', 32, 32') zueinander in etwa +/–0,25 mm pro Umdrehung beträgt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Innengewinde (31, 31', 32, 32') einen gleichen Nenndurchmesser D aufweisen.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (30, 30') zwischen den beiden Innengewinden (31, 31', 32, 32') einen gewindefreien Zwischenabschnitt (33) aufweist.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stirnverzahnung (9, 9') und die zweite Stirnverzahnung (21, 21') als Hirth-Stirnverzahnungen ausgestaltet sind.
Verfahren zum Montieren einer Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den Schritten: Vormontieren des Gleichlaufdrehgelenks (2, 2') mit dem Gelenkinnenteil (3, 3'), dem Gelenkaußenteil (4, 4'), den drehmomentübertragenden Elementen (5) und dem Wellenzapfen (8, 8'); Abdichten einer zwischen dem Gelenkaußenteil (4, 4') des Gleichlaufdrehgelenks (2, 2') und dem Wellenzapfen (8, 8') gebildeten Ringöffnung (12) mit einer Faltenbalganordnung (40); Aufschrauben der Spannhülse (30, 30') auf das Außengewinde (9, 9', 22, 22'), das die kleinere Steigung aufweist; Inverzahnungseingriffbringen der ersten Stirnverzahnung (9, 9') mit der zweiten Stirnverzahnung (21, 21'); teilweises Zurückschrauben der Spannhülse (30, 30') von dem Außengewinde (9, 9', 22, 22'), das die kleinere Steigung aufweist, und gleichzeitiges Aufschrauben der Spannhülse (30, 30') auf das Außengewinde (22, 22', 9, 9'), das die größere Steigung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (4') ringscheibenförmig gestaltet ist und eine zur Ringöffnung (12) entgegengesetzte zweite Öffnung (16) aufweist, wobei als weiterer Verfahrensschritt vor dem Aufschrauben der Spannhülse (30') vorgesehen ist: Abdichten der zweiten Öffnung (16) mittels einer Kappe (43).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Verfahrensschritt vor dem Inverzahnungseingriffbringen der ersten Stirnverzahnung (9) mit der zweiten Stirnverzahnung (21) vorgesehen ist: Aufschrauben einer Spannmutter (51) auf das zweite Außengewinde (22, 22') zum Fixieren eines Lagerringes eines Wälzlagers.