DE102007057047B4

DE102007057047B4 - Verfahren zum Zusammenbau eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil und entsprechende Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102007057047B4
Application number: DE200710057047
Authority: DE
Inventors: Johann Dudkowiak
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: DE102007057047A1

Abstract

Verbindungsanordnung eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung mit parallel zur Bauteil-Drehachse ausgerichteten Zähnen drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil, die über eine in der gemeinsamen Drehachse dieser Bauteile liegende Verbindungsschraube gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschraube an einem der genannten Bauteile über ein Federelement abgestützt ist, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung nicht geringer als die Höhe der Zahne der Stirnverzahnung ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung mit parallel zur Bauteil-Drehachse ausgerichteten Zähnen drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil, die über eine in der gemeinsamen Drehachse dieser Bauteile liegende Verbindungsschraube gegeneinander verspannt sind, sowie ein Verfahren zum Zusammenbau einer solchen Verbindungsanordnung.
Zum Stand der Technik wird zunächst auf die DE 10 2005 054 283 A1 verwiesen, die eine Radnaben-Drehgelenk-Anordnung mit einer Stirnverzahnung als Mittel zur Drehmomentübertragung zwischen den genannten Bauteilen zeigt. Eine solche Anordnung ist in der Großserienfertigung beispielsweise von Personenkraftwagen relativ einfach montierbar, jedoch kann es vorkommen, dass beim Zusammensetzen der besagten Bauteile die Zähne der Stirnverzahnung des ersten Bauteils mit ihren Köpfen auf die Köpfe der Zähne der Stirnverzahnung des zweiten Bauteils auftreffen, so dass die Zahnflanken gegenseitig nicht ineinander greifen können, d. h. dass die Zähne der Stirnverzahnung des ersten Bauteils nicht in die Zahn-Lücken der Stirnverzahnung des zweiten Bauteils eingreifen können. Beim Verspannen der beiden Bauteile (über die genannte Schraubverbindung) gegeneinander werden in dieser sog. Zahn-auf-Zahn-Position die Köpfe der einander gegenüberliegenden Zähne aufeinander gepresst und können erst zu einem späteren Zeitpunkt mit Einwirkung eines größeren Relativ-Drehmoments zwischen diesen beiden Bauteilen, die hierbei dann geringfügig gegeneinander verdreht werden, ineinander verrasten und somit in die gewünschte sog. Zahn-in-Lücke-Position gelangen. Mit diesem Verrasten wird jedoch ein Teil der zuvor in bzw. über die Schraubverbindung aufgebrachten Vorspannkraft abgebaut, was aber grundsätzlich unerwünscht ist.
Weiteren Stand der Technik bildet die DE 10 2005 018 126 A1 , in der für eine Verbindungsanordnung eines Radnaben-Bauteils mit einem Wellengelenk-Bauteil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben ist, dass die besagte Verbindungsanordnung im Lauf des Herstellungsprozesses anfangs unter geringer axialer Vorspannung steht und dass mit zunehmendem Anzugsmoment der Schraubenkopf der Verbindungsschraube in das für diese vorgesehene Durchgangsloch eingezogen wird.
Eine Lösung dieser Aufgabe ist für eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschraube an einem der genannten Bauteile über ein Federelement abgestützt ist, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung nicht geringer als die Höhe der Zähne der Stirnverzahnung ist.
Eine weitere Lösung dieser Aufgabe besteht für ein Verfahren zum Zusammenbau einer Verbindungsanordnung bzw. eines Radnaben-Bauteils mit einem Wellengelenk-Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 darin, dass die Verbindungsschraube, die an einem der genannten Bauteile über ein Federelement abgestützt ist, in einem ersten Schritt nur mit einem geringen Drehmoment angezogen wird, um im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung mittels Anlegen eines Drehmoments oder selbsttätig unter Einwirkung des Federelementes eine Zahn-in-Lücke-Position in der Stirnverzahnung herzustellen, und dass erst nach einer zeitlichen Unterbrechung das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Schraubverbindung mit einem hohen Drehmoment erfolgt.
Grundsätzlich kann dabei als Federelement eine Federscheibe oder eine Elastomerhülse oder eine Schraubenfeder oder eine Kombination dieser Elemente zum Einsatz kommen.
Zunächst sei das vorgeschlagene Zusammenbau-Verfahren für die genannten Bauteile erläutert, da aufbauend auf dieser Erläuterung die beanspruchte Verbindungsanordnung einfacher erklärbar ist. Mit dem beanspruchten Zusammenbau-Verfahren ist ein zweistufiges Verspannen der beiden genannten Bauteile gegeneinander über eine Schraubverbindung vorgeschlagen, in der weiterhin ein Federelement vorgesehen ist, derart, dass sich die zentrale Verbindungsschraube über ein geeignetes Federelement an einem der Bauteile, nämlich entweder am Radnaben-Bauteil oder am Wellengelenk-Bauteil abstützt. Dabei kann dieses genannte Federelement so angeordnet sein wie die in der eingangs genannten Schrift in 4 unter der Bezugsziffer 50 dargestellte sog. Spannscheibe.
Nach dem vorgeschlagenen Verfahren werden also die beiden genannten Bauteile zunächst aufeinander gesteckt und daraufhin mittels der Verbindungsschraube, die an einem der beiden Bauteile über ein Federelement, d. h. unter Zwischenlage eines Federelements analog einer Unterlegscheibe abgestützt ist, in zwei Stufen gegeneinander verspannt. In der ersten Stufe wird dabei ein sehr geringes maximales Drehmoment an die Verbindungsschraube angelegt, welches im genannten Anwendungsfall für einen PKW in der Größenordnung von 10 Newtonmetern liegen kann. Damit wird in dieser Schraubverbindung eine Vorspannkraft in der Größenordnung von 20 Newton erzeugt. Sollten sich die beiden Bauteile, nämlich das Radnaben-Bauteil und das Wellengelenk-Bauteil dabei ungünstigerweise in einer oben beschriebenen Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung befinden, so wird daraufhin – nach einer ersten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens – unter Einfluss des genannten in dieser Schraubverbindung vorgesehenen Federelements mit dieser geringen Vorspannung – wie sich in einer Vielzahl von Versuchen bestätigt hat – das eine Bauteil gegen das andere Bauteil selbsttätig geringfügig verdreht, wodurch diese Bauteile selbsttätig in die gewünschte (und oben definierte) Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung gebracht werden. Damit dieses Verdrehen sicher selbsttätig erfolgen kann, ist vorgeschlagen, nach dem ersten Vorspannen der Verbindungsschraube mit geringen Drehmoment eine kurze zeitliche Pause einzulegen und erst nach dieser kurzen zeitlichen Unterbrechung das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Verbindungsschraube mit einem hohen Drehmoment durchzuführen, wobei beispielsweise eine Vorspannkraft in der Größenordnung von 100 Kilo-Newton erzeugt wird.
Alternativ kann im Anschluss an den ersten Verfahrensschritt, in dem ein Anziehen der Verbindungsschraube mit einem relativ geringen Drehmoment erfolgt, zumindest an eines der genannten Bauteile ein Drehmoment angelegt werden, bspw. mit wechselnder Drehrichtung in Form eines sog. Rüttelmoments, wodurch mit Sicherheit die genannte Zahn-in-Lücke-Position hergestellt wird. Danach kann (abermals) das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Verbindungsschraube mit einem hohen Drehmoment durchgeführt werden.
Was die vorgeschlagene bzw. beanspruchte Verbindungsanordnung betrifft, so ist auch hiernach die Verbindungsschraube über ein Federelement wie vorhergehend beschrieben an einem der genannten Bauteile abgestützt, wobei dieses Federelement durch seinen möglichen Federweg näher beschrieben ist. Demnach sei dieser mögliche Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung nicht nennenswert geringer als die Höhe der Zähne der Stirnverzahnung. Dies hat zur Folge, dass dann, wenn die Verbindungsanordnung zunächst in einer Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung bereits mit dem endgültigen hohen an die Verbindungsschraube angelegten Drehmoment von bspw. 100 Kilo-Newton verspannt ist und beispielsweise im Fahrbetrieb dieser Verbindungsanordnung unter Einwirkung eines hohen Relativ-Drehmomentes zwischen dem Radnaben-Bauteil und dem Wellengelenk-Bauteil diese beiden Bauteile geringfügig gegeneinander verdreht werden und somit eine Zahn-in-Lücke-Position in der Stirnverzahnung hergestellt ist, weiterhin eine ausreichende Vorspannkraft in der Verbindungsschraube bzw. in der Verbindungsanordnung vorliegt. Das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement kann aufgrund seines potenziellen Federwegs nämlich die mit einem Herstellen der Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung einhergehende Relativbewegung der beiden Bauteile in Richtung der gemeinsamen Drehachse aufeinander zu quasi kompensieren bzw. dieses Federelement gewährleistet, dass trotz dieser besagten Relativbewegung der beiden Bauteile aufeinander zu – ausgehend von einer Zahn-auf-Zahn-Position in eine Zahn-in-Lücke-Position – eine ausreichende Vorspannung in der Schraubverbindung bzw. Verbindungsschraube erhalten bleibt.
Es ist verständlich, dass eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung nicht zwangsweise nach dem hier weiterhin vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren zusammengebaut werden muss; vielmehr ist aufgrund der definierten Eigenschaft des Federelements, nämlich hinsichtlich seines möglichen Federwegs, wie beschrieben auch ohne das vorgeschlagene zweistufige Zusammenbau-Verfahren gewährleistet, dass eine ausreichende Vorspannkraft in der Verbindungsanordnung vorliegt. Selbstverständlich kann jedoch eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung nach dem hier weiterhin vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahren zusammengebaut werden. Auch ist verständlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Zusammenbau eines Radnaben-Bauteils mit einem Wellengelenk-Bauteil nicht zwangsweise auf die hier weiterhin vorgeschlagene erfindungsgemäße Verbindungsanordnung beschränkt ist; vielmehr ist dieses Verfahren auch mit einem Federelement praktizierbar, dessen möglicher Federweg geringer als der für die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung vorgeschlagene Federweg ist. Selbstverständlich ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren zum Zusammenbau eines Radnaben-Bauteils mit einem Wellengelenk-Bauteil an einer hier weiterhin vorgeschlagenen Verbindungsanordnung durchführbar, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Verbindungsanordnung eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung mit parallel zur Bauteil-Drehachse ausgerichteten Zähnen drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil, die über eine in der gemeinsamen Drehachse dieser Bauteile liegende Verbindungsschraube gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschraube an einem der genannten Bauteile über ein Federelement abgestützt ist, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position der Stirnverzahnung nicht geringer als die Höhe der Zahne der Stirnverzahnung ist.
Verfahren zum Zusammenbau eines Radnaben-Bauteils mit einem hiermit über eine Stirnverzahnung mit parallel zur Bauteil-Drehachse ausgerichteten Zähnen drehfest verbundenen Wellengelenk-Bauteil, die über eine in der gemeinsamen Drehachse dieser Bauteile liegende Verbindungsschraube gegeneinander verspannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschraube, die an einem der genannten Bauteile über ein Federelement abgestützt ist, in einem ersten Schritt nur mit einem geringen Drehmoment angezogen wird, um im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position der Stirnverzahnung mittels Anlegen eines Drehmoments oder selbsttätig unter Einwirkung des Federelementes eine Zahn-in-Lücke-Position in der Stirnverzahnung herzustellen, und dass erst nach einer zeitlichen Unterbrechung das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Schraubverbindung mit einem hohen Drehmoment erfolgt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Federelement eine Federscheibe oder eine Elastomer-Hülse oder eine Schraubenfeder oder eine Kombination dieser Elemente vorgesehen ist.