DE102009017007A1

DE102009017007A1 - Anbindungssystem und Gleichlaufgelenk

Info

Publication number: DE102009017007A1
Application number: DE102009017007A
Authority: DE
Inventors: Gerald Langer; Claus Disser; Volker Dr. Szentmihályi
Original assignee: Shaft Form Engineering GmbH
Current assignee: Shaft Form Engineering GmbH
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: US20120058832A1; EP2419652A1; US8262490B2; DE102009017007B4; WO2010118725A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anbindungssystem für eine Welle (5) an ein Gelenk (1) mit einem mit der Welle (5) verbundenen Wellenzapfen (10) und einer mit einer Nabe des Gelenkes (1) verbundenen Hülse (4), wobei die Hülse (4) einen wellenseitigen ersten Öffnungsabschnitt (7), einen gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnitt (8) und einen ersten radialen Anschlagabschnitt (14) aufweist und der Wellenzapfen (10) einen wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt (11), einen gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnitt (12) und einen radialen zweiten Anschlagsabschnitt (15) zur Begrenzung des Einschubweges des Wellenzapfens (10) in der Hülse (4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anbindungssystem für eine Welle an ein Gelenk mit einem mit der Welle verbundenen Wellenzapfen und einer mit einer Nabe des Gelenkes verbundenen Hülse. Die Hülse weist eine zentrale Öffnung zur Aufnahme des Wellenzapfens auf, der mit einem Sicherheitsring axial in der Hülse befestigt ist.
Ein gattungsgemäßes Anbindungssystem ist aus der DE 197 39 934 A1 bekannt, bei dem eine rohrförmige Welle über einen Wellenzapfen mit der Innennabe eines Gleichlaufgelenkes drehsicher verbunden ist. Die Sicherung der Welle gegen Auszug aus der hohlen Innennabe des Gleichlaufgelenkes erfolgt durch einen Sicherungsring, der in einer Umfangsnut auf der Welle angeordnet ist und in eine entsprechende Gegennut in der Innennabe eingreift. Bei diesem System erfolgt die Sicherung gegen eine relative Verschiebung der Welle zur Innennabe ausschließlich durch den Sicherungsring, der die axialen Kräfte abstützt. Bei einer derartigen Konstruktion ist es jedoch möglich, dass beispielsweise während des Montagevorgangs, bei dem die Welle mit dem Wellenzapfen in die Nabe gesteckt wird, eine durch den Sicherungsring festgelegte Axialkraft überschritten wird, so dass der Sicherungsring aus der Umfangsnut der Welle herausspringt, die Welle durch die Innennabe stößt und in das Innere des Gleichlaufgelenkes vordringt. Ebenso kann dadurch die Drehmoment sichernde Verbindung zwischen Welle und Innennabe aufgehoben werden.
Die DE 10 2006 006 980 A1 beschreibt eine hohle Innennabe, die gelenkseitig durch einen Deckel abgedichtet wird. Wenn bei diesem Gelenk der Wellenzapfen lediglich durch einen Sicherungsring gesichert wird, besteht die Gefahr, dass bei zu hohen Einschubkräften der Wellenzapfen nicht mehr durch den Si cherungsring gehalten werden kann und der Wellenzapfen den Deckel durch Überdrücken aus der Halterung stößt, wodurch Schmiermittel austreten und/oder Schmutzpartikel eindringen können.
In der DE 103 42 497 A1 ist ein Anbindungssystem beschrieben, bei dem eine Antriebswelle in eine Gelenkanbindung einsteckbar ist, wobei die als Gelenkanbindung dienende Innennabe eine zentrale Ausnehmung aufweist, die mit einer Profilierung zur Drehmomentübertragung versehen ist. Eine entsprechend korrespondierende Profilierung ist auf dem Wellenzapfen vorgesehen, der in die zentrale Ausnehmung eingesteckt wird, bis ein an dem Übergang zwischen dem Wellenzapfen und der Welle radial nach außen ausgebildeter Flansch als Endanschlag an der äußeren Stirnseite der Innennabe anstößt, wodurch ein weiteres axiales Vordringen der Welle in Richtung des Gelenkes vermieden wird. Gesichert wird die Welle in der Innennabe durch einen Sprengring, der auf der Außenseite der Innennabe angeordnet ist oder durch eine über den Flansch aufgesteckte Überwurfmutter, deren Gewinde in ein auf der Außenseite der Innennabe ausgebildetes Gewinde eingreift. Bedingt durch den externen, sich radial von der Welle nach außen erstreckenden Flansch, erfordert eine solche Lösung jedoch einen hohen Platzbedarf bei gleichzeitig höherem Gewicht und Materialbedarf, was der generellen Forderung nach Senkung von Gewicht, Kosten, Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emission entgegensteht.
Darüber hinaus muss die Welle erst in die Gelenkanbindung hineingesteckt und anschließend ein geeignetes Mittel zur axialen Befestigung appliziert werden, wodurch sich der Montageaufwand erhöht und sich eine automatisierte Montage schwieriger gestaltet
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anbindungssystem für eine Welle an ein Gelenk bereitzustellen, das zum einen vor einem Überdrücken während des Montagevorgangs oder während des Betriebs schützt und die si chere Position des Sprengringes gewährleistet, wobei das Anbindungssystem gleichzeitig hinsichtlich des Gewichts, des Bauraums und der Montierbarkeit verbessert sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Hülse eine zentrale Öffnung mit einem wellenseitigen ersten Öffnungsabschnitt aufweist, dessen Innendurchmesser größer ist als der eines in Einsteckrichtung angeordneten, gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnittes, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Öffnungsabschnitt ein erster radialer Anschlagabschnitt vorgesehen ist. Dieser erste radiale Anschlagabschnitt verläuft zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Hülse. In gleicher Weise weist der Wellenzapfen einen wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der eines gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnittes, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenzapfenabschnitt ein radialer zweiter Anschlagabschnitt als Gegenanschlag zur Begrenzung des Einschubweges des Wellenzapfens in der Hülse vorgesehen ist. Dieser zweite radiale Anschlagabschnitt verläuft ebenfalls zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Wellenzapfens. Wird beispielsweise der Wellenzapfen, der einstückig mit der Welle ausgebildet sein kann, in die Öffnung der Hülse eingeführt, dann werden Wellenzapfen und Hülse mit dem Sicherungsring, der in eine Umfangsnut auf dem Wellenzapfen und gleichzeitig in eine Innennut auf der Innenoberfläche der Hülse eingreift, gegen axiale Relativbewegungen gesichert. Bei zu hohen axialen Belastungen, wie sie beispielsweise während eines nicht korrekt durchgeführten Montagevorgangs auftreten können, wird diese axiale Sicherung dennoch nicht überdrückt, weil der Wellenzapfen mit seinem zweiten Anschlagabschnitt an dem ersten Anschlagabschnitt des Öffnungsabschnittes anschlägt. Der Einschubweg des Wellenzapfens in die Hülse wird somit stets durch die Anschlagabschnitte begrenzt und der Wellenzapfen kann nicht in das Gelenkinnere vordringen. Die korrekte Position des Sicherungsrings ist auf diese Weise stets gewährleistet. Die Montage kann zu dem in einem einzigen Vorgang erfolgen, da der Wellenzapfen lediglich in die Öffnung gesteckt werden muss und die axiale Fixierung durch eine automatische Arretierung des Sicherungsringes erfolgt. Der Anschlag stellt dabei die korrekte Ausrichtung der Umfangsnut des Wellenzapfens zur Innennut der Hülse und das Greifen des Sicherungsrings sicher. Im Vergleich zu bekannten Systemen bietet die Anordnung des Befestigungsmechanismus in der Öffnung der Hülse die Möglichkeit, eine platzsparende und gewichtsreduzierte Lösung zu realisierten.
Der erste radiale Anschlagabschnitt und der zweite radiale (Gegen-)Anschlagabschnitt verlaufen vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Hülse, wobei es jedoch auch möglich ist, dass die radialen Abschnitte im einem Winkel verlaufen, der geringfügig von 90° zur Längsachse der Hülse abweichen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Wellenzapfen einen Dichtring aufweist, der zur Abdichtung der Hülse ausgebildet ist. Im regulären Betrieb wird der Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs schädigenden Umgebungseinflüssen, wie Salz, Wasser, Sand etc. ausgesetzt, was die Funktionsfähigkeit eines Gelenkes negativ beeinflussen kann, indem beispielsweise das Schmierfett verunreinigt wird und erhöhte Reibung entsteht. Durch den Dichtring wird das Gleichlaufgelenk gegenüber derartigen schädigenden Elementen abgedichtet, so dass diese nicht in das Gelenkinnere, insbesondere in den Bereich der Steckverzahnung, eindringen können. Dies dient dem Schutz der Steckverzahnung vor Schmutz und Korrosion auch während der Montage bzw. Demontage. Vorteilhafterweise ist dieser Dichtring wellenseitig vor dem Sicherungsring angeordnet, es ist aber grundsätzlich auch möglich, den Dichtring auf dem gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnitt anzuordnen, wodurch das Gelenkinnere weiterhin vor Umgebungseinflüssen geschützt bleibt.
Vorzugsweise wird auch der Sicherungsring auf dem wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt angeordnet, wobei es in Ausgestaltung der Erfindung auch möglich ist, dass der Sicherungsring gelenkseitig vor dem zweiten Anschlagabschnitt auf dem gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnitt angeordnet ist. Die Anschläge garantieren dabei weiterhin den Schutz des Gelenkes vor Überdrückung.
Vorzugsweise sind ein Öffnungsabschnitt der Hülse und ein Wellenzapfenabschnitt derart ausgebildet, dass ein Drehmoment zwischen den beiden Abschnitten übertragen werden kann. Um beispielsweise bei einem Gleichlaufgelenk eine zuverlässige Kraftübertragung von der Welle auf das Gelenk sicherzustellen, können auf der Außenfläche des Wellenzapfens und der Innenfläche der Öffnung korrespondierende Profilierungen zur Drehmomentübertragung vorgesehen sein, die beispielsweise als Verzahnung ausgebildet ist. Diese Verzahnung kann im ersten Wellenzapfenabschnitt, bzw. im ersten Öffnungsabschnitt angeordnet sein. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es aber auch möglich, dass die Drehmomentübertragung im wellenseitigen zweiten Wellenzapfenabschnitt, bzw. im wellenseitigen zweiten Öffnungsabschnitt stattfindet.
Insbesondere mit Hinblick auf eine Teilereduzierung und Gewichtsersparnis sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung eine Hülse vor, die einstückig mit der Innennabe ausgebildet ist. Weiter kann die Gelenköffnung auf der der Welle abgewandten Seite durch einen Deckel verschlossen werden, was den Schmiermittelbedarf im Inneren des Gelenkes reduziert. Der zweite Wellenzapfenabschnitt ist dabei derart ausgebildet, dass der Wellenzapfen nicht an den Deckel stößt, wodurch der Schmiermittelhaushalt im Gelenk vor schädigenden Einflüssen geschützt bleibt. Verhindert wird dies insbesondere durch die Beschränkung des Einschubweges des Wellenzapfens in die Hülse durch die korrespondierenden Anschlagabschnitte.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gleichlaufgelenk mit einer Innen- und einer Außennabe und einem Anbindungssystem der oben genannten Art, wobei die Hülse einstückig mit der Außennabe ausgebildet sein kann. Ebenso ist es möglich, dass die Hülse mit einem in erster Linie die Außennabe umfassende Mitnehmergehäuse verbunden, bzw. einstückig ausgebildet ist, was eine Drehmoment sichere Verbindung zwischen Mitnehmergehäuse, bzw. Außennabe und der Welle herstellt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von Ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
1 ein Schnitt durch ein Antriebsgelenk mit einem erfindungsgemäßen Anbindungssystem und
2 eine Detailansicht des Anschlagabschnittes aus 1.
Das in 1 dargestellte Gleichlaufgelenk 1 weist eine Außennabe 2 und eine Innennabe 3 auf, die einstückig mit einer Hülse 4 ausgebildet ist. Die Hülse 4 ist wiederum zur Anbindung an eine treibende oder anzutreibende Welle 5 ausgebildet. Hierzu weist die Hülse 4 eine Öffnung 6 mit einem wellenseitigen ersten Öffnungsabschnitt 7 und einem gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnitt 8 auf. Das Innere des Gleichlaufgelenkes 1 ist gegenüber der Öffnung 6 der Hülse 4 durch einen Deckel 9, der in die Hülse 4 eingebracht ist, abgedichtet.
Die Welle 5 endet gelenkseitig in dem Wellenzapfen 10, der aus einem wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt 11 und einem gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnitt 12 besteht. Die Welle 5 mit dem Wellenzapfen 10 ist in der 1 in der Öffnung 6 der Hülse 4 dargestellt, was dem Zustand nach der Montage entspricht, d. h. der Wellenzapfen 10 ist in die Öffnung 6 der Hülse 4 eingesteckt worden. Infolge des Einsteckens ist der wellenseitige erste Wellenzapfenabschnitt 11 im Bereich des wellenseitigen ersten Öffnungsabschnittes 7 und der gelenkseitige zweite Wellenzapfenabschnitt 12 im Bereich des gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnittes 8 angeordnet. Der gelenkseitige zweite Wellenzapfenabschnitt 12 und der gelenkseitige zweite Öffnungsabschnitt 8 sind jeweils mit korrespondierenden Verzahnungen 13 ausgestattet, die eine Drehmomentübertragung von der Welle 5 zur Innennabe 3 des Gelenkes 1 sicherstellen.
Im Detail zeigt die 2 die Sicherung des Wellenzapfens 10 in der Hülse 4 gegen relative axiale Verschiebung. Der Innendurchmesser des wellenseitigen ersten Öffnungsabschnittes 7 ist größer als der Innendurchmesser des gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnittes 8. Durch dieses erfindungsgemäße Merkmal wird ein erster radialer Anschlagabschnitt 14 gebildet wird, der sich senkrecht zur Hülsenlängsachse radial erstreckt. In analoger Weise ist der Innendurchmesser des wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnittes 11 größer als der Innendurchmesser des gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnittes 12. Erfindungsgemäß wird hier ein zweiter radialer Anschlagabschnitt 15 gebildet.
2 verdeutlicht weiterhin das Zusammenspiel und die Funktion der beiden radialen Anschläge 14 und 15. Der Wellenzapfen 10 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Umfangsnut 16 auf, die einen Sicherungsring 17 aufnimmt, der in eine Innennut 18 auf der Innenoberfläche der Öffnung 6 der Hülse 4 eingreift und so den Wellenzapfen 10 gegen axiale Relativbewegungen ge genüber der Hülse 4 sichert. Der Einschubweg des Wellenzapfens 10 in der Hülse 4 ist dadurch begrenzt, dass ein weiteres axiales Vordringen des Wellenzapfens 10 durch den ersten radialen Anschlagabschnitt 14 und den zweiten radialen Anschlagabschnitt 15 verhindert wird, wobei der zweite radiale Anschlagabschnitt 15 an dem ersten radialen Anschlagabschnitt 14 anliegt. Auf diese Weise kann der Wellenzapfen 10, bzw. der gelenkseitige zweite Wellenabschnitt 12 nicht so weit in den gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnitt 8 eindringen, dass der in der 1 dargestellte Deckel 9 aus der Hülse 4 gedrückt werden würde, wodurch das Schmiermittel des Gelenkes 1 in die Öffnung 6 der Hülse 4 dringen würde.
Ein Dichtring 19, der in einer Dichtringnut 20 auf dem Wellenzapfen 10 befestigt ist, dichtet die Hülse 4 derart ab, dass zwischen dem Wellenzapfen 10 und der Hülse 4 keine Elemente in die Hülse eindringen können, die die Funktion des Gleichlaufgelenkes 1 beeinträchtigen könnten.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Kugelgelenk 1 als ein Gegenbahngelenk, d. h. ein Festgelenk, ausgebildet. Das erfindungsgemäße Anbindungssystem ist jedoch ebenso bei Verschiebegelenken einsetzbar, die eine axiale Relativbewegung zwischen der Innennabe 3 und der Außennabe 2 ermöglichen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das erfindungsgemäße Anbindungssystem am Übergang zwischen einem Getriebeausgang oder einem Differentialeingang und einer Längswelle einzusetzen. Das System ist jedoch auch in Seitenwellen anwendbar.
Grundsätzlich ist die Position der Anschlagabschnitte 14, 15 derart gewählt, dass bei der Montage erst der Sicherungsring 17 gesetzt wird, d. h. in die entsprechende Nut eingreift, und erst danach die Anschlagabschnitte 14, 15 miteinander in Kontakt treten. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Sicherungsring 17 nicht oder nicht ordnungsgemäß in die Nut einrastet. Andererseits darf die Differenz, d. h. der Weg zwischen Einrasten des Sicherungsrings und dem Kontakt der Anschlagabschnitte, nicht so groß sein, dass sich der Sicherungsring wieder aus der Nut lösen kann. Dies bewirkt gemeinsam eine sehr hohe Montagesicherheit auch bei hohen Kräften, so dass eine Falschmontage vermieden wird.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Anschlagabschnitte 14, 15 radial, also senkrecht zu der Längsachse des Wellenzapfens 10, ausgerichtet sind. Dies bewirkt einen harten und definierten Anschlag, der allein von der Position der beiden Anschlagabschnitte bestimmt wird. Im Gegensatz dazu würden sich bei schräg verlaufenden Anschlagabschnitten die Toleranzen in der Position der Bauteile und in der Winkelabweichung aufaddieren, so dass keine definierte Verrastung des Sicherungsrings erreicht werden kann.

1: Gleichlaufgelenk
2: Außennabe
3: Innennabe
4: Hülse
5: Welle
6: Öffnung
7: wellenseitiger erster Öffnungsabschnitt
8: gelenkseitiger zweiter Öffnungsabschnitt
9: Deckel
10: Wellenzapfen
11: wellenseitiger erster Wellenzapfenabschnitt
12: gelenkseitiger zweiter Gelenkzapfenabschnitt
13: Verzahnung
14: erster Anschlagabschnitt
15: zweiter Anschlagabschnitt
16: Umfangsnut
17: Sicherungsring
18: Innennut
19: Dichtring
20: Dichtringnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19739934 A1 [0002]
- DE 102006006980 A1 [0003]
- DE 10342497 A1 [0004]

Claims

Anbindungssystem für eine Welle (5) an ein Gelenk (1) mit einem mit der Welle (5) verbindbaren Wellenzapfen (10), einer mit einer Nabe des Gelenkes (1) verbundenen Hülse (4), die eine zentrale Öffnung (6) zur Aufnahme des Wellenzapfens (10) aufweist, und mit einem Sicherungsring (17) zur axialen Befestigung des Wellenzapfens (10) in der Öffnung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) einen wellenseitigen ersten Öffnungsabschnitt (7) aufweist, dessen Innendurchmesser größer ist als der eines gelenkseitigen zweiten Öffnungsabschnittes (8), wobei zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt (7) und dem zweiten Öffnungsabschnitt (8) ein erster radialer Anschlagabschnitt (14) vorgesehen ist, und dass der Wellenzapfen (10) einen wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt (11) aufweist, dessen Außendurchmesser größer ist als der eines gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnittes (12), wobei zwischen dem ersten Wellenzapfenabschnitt (11) und dem zweiten Wellenzapfenabschnitt (12) ein zweiter radialer Anschlagabschnitt (15) zur Begrenzung des Einschubweges des Wellenzapfens (10) in der Hülse (4) vorgesehen ist.
Anbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenzapfen (10) einen Dichtring (19) aufweist, der zur Abdichtung der Hülse (4) ausgebildet ist.
Anbindungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) auf dem wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt (11) angeordnet ist.
Anbindungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring (17) auf dem wellenseitigen ersten Wellenzapfenabschnitt (11) angeordnet ist.
Anbindungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gelenkseitige zweite Öffnungsabschnitt (8) der Hülse (4) und der gelenkseitige zweite Wellenzapfenabschnitt (12) derart ausgebildet sind, dass ein Drehmoment zwischen beiden Abschnitten übertragen werden kann.
Anbindungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (8, 12) korrespondierende Verzahnungen (13) aufweisen.
Gleichlaufgelenk, insbesondere Gegenbahngleichlaufgelenk mit einer Innennabe (3) und einer Außennabe (2) und einem Anbindungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) einstückig mit der Innennabe (3) ausgebildet ist.
Gleichlaufgelenk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) der Hülse (4) auf der dem Wellenzapfen (10) abgewandten Seiten durch einen Deckel (9) verschlossen ist und die Länge des gelenkseitigen zweiten Wellenzapfenabschnittes (12) derart ausgebildet ist, dass der Wellenzapfen (10) nicht an den Deckel (9) stößt.
Gleichlaufgelenk, insbesondere Gegenbahngleichlaufgelenk mit einer Innennabe (3) und einer Außennabe (2) und mit einem Anbindungssystem nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) einstückig mit der Außennabe (2) ausgebildet ist.