DE102012008155A1 - Constant velocity joint for connection with wheel hub of motor car, has pin comprising portion with cylindrical outer surface, where diameter of portion corresponds to tip cylinder diameter of gearing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufgelenk für ein Kraftfahrzeug sowie eine Anordnung aus einem Gleichlaufgelenk und einer Radnabe.The invention relates to a constant velocity joint for a motor vehicle and an arrangement of a constant velocity joint and a hub.
Radlagerverband und Antriebsgelenkwelle sind wesentliche Bestandteile einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges. Besondere Bedeutung kommt dabei der funktionsgerechten Gestaltung der Verbindung zwischen dem Radlager und dem Außenteil eines Gleichlaufgelenks (auch als Achszapfen oder Zapfen bezeichnet) zu. Neben einer Drehmomentübertragung wird an dieser Verbindungsstelle auch der Radlagerverband axial verspannt. Dazu wird in den meisten Fälle ein zweireihiges Radlager zwischen dem Zapfen und der Radnabe in einem Schraubverband vorgespannt (O-Anordnung). Der innenseitige Lagerinnenring steht im Kontakt zu einer Anlagefläche des vorstehend genannten Zapfens, die auch als Schulterfläche bezeichnet wird.Wheel bearing assembly and drive shaft are essential components of a driven axle of a motor vehicle. Of particular importance is the functional design of the connection between the wheel bearing and the outer part of a constant velocity joint (also referred to as axle journal or pin). In addition to a torque transmission and the wheel bearing assembly is clamped axially at this junction. For this purpose, in most cases, a double-row wheel bearing between the pin and the hub in a threaded bandage biased (O arrangement). The inner bearing inner ring is in contact with a contact surface of the above-mentioned pin, which is also referred to as a shoulder surface.
In der Praxis wird häufig eine der nachfolgend beschriebenen Ausführungen als Schraubverband verwendet.In practice, one of the embodiments described below is often used as a threaded bandage.
Bei einer Standardausführung wird ein Langachszapfen mit Außengewinde und einer Mutter verwendet, welche sich gegen die Radnabe abstützt.In a standard version, a long-axis pin with external thread and a nut is used, which is supported against the wheel hub.
Bei einer weiterentwickelten Ausführung kommen Kurzachszapfen mit einem Innengewinde zum Einsatz. Bei dieser Ausführungsform wird eine lange Schraube (Dehnschraube) in das Gewinde eingeschraubt und stützt sich an der Radnabe ab.In an advanced version, short-axis pins with an internal thread are used. In this embodiment, a long screw (expansion screw) is screwed into the thread and is supported on the hub.
Da eine genau definierte Radlagervorspannkraft für die Funktion des Radlagers von besonderer Bedeutung ist, wirkt sich das elastische Verhalten der Dehnschraube vorteilhaft aus. Das Verhalten an den Kontaktstellen kann durch die Federlänge der Schraube kompensiert werden. Die Vorspannkraft der Dehnschraube ändert sich nur geringfügig und ein Lockern der Schraube wird somit verhindert.Since a well-defined Radlagervorspannkraft for the function of the wheel bearing is of particular importance, the elastic behavior of the expansion screw has an advantageous effect. The behavior at the contact points can be compensated by the spring length of the screw. The preload force of the expansion screw changes only slightly and a loosening of the screw is thus prevented.
Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Ausführungsform mit Innengewinde und einer Dehnschraube.The invention described below relates to an embodiment with internal thread and an expansion screw.
Aus
Die aus dem Stand der Technik bekannten Gleichlaufgelenke haben den Nachteil, dass der Bereich des Zapfens besonders hoch belastet wird. Über den Zapfen wird das Drehmoment übertragen, die Zugspannung wird über die Schraube eingebracht, und über das Radlager werden Biegemomente eingeleitet. Der Zapfen wird daher im Betrieb mit überlagerten Zug-, Schub- und Torsionsspannung belastet. Bei der Dimensionierung des Zapfens muss neben der hohen Belastung außerdem auch die ungünstige Geometrie berücksichtigt werden. Durch die Ausbildung einer Außenverzahnung, eines Innengewindes und eines Durchmessersprungs am Zapfen entstehen hohe Kerbwirkungen. Gleichzeitig wird aus Gewichtsgründen stets eine möglichst kompakte Ausführung der Radlagereinheit angestrebt. Da der Zapfen im Bereich des Radlagers liegt, dessen Dimension meist vorgegeben ist, ist der Durchmesser des Zapfens durch diese Rahmenbedingungen begrenzt. Der Dehnschraube kommt neben der Funktion der Radlagervorspannung noch eine Funktion bei der Montage der Gelenkwelle an der Radlagereinheit zu.The constant velocity joints known from the prior art have the disadvantage that the area of the pin is subjected to particularly high loads. About the pin torque is transmitted, the tension is introduced via the screw, and over the wheel bearing bending moments are initiated. The pin is therefore loaded during operation with superimposed tensile, shear and torsional stress. When dimensioning the pin in addition to the high load also the unfavorable geometry must be considered. The formation of an external toothing, an internal thread and a diameter jump on the pin cause high notch effects. At the same time weight reasons always a compact design of the wheel bearing unit is desired. Since the pin lies in the region of the wheel bearing whose dimension is usually predetermined, the diameter of the pin is limited by these conditions. The expansion screw is in addition to the function of the wheel bearing preload nor a function in the assembly of the propeller shaft to the wheel bearing unit.
Die Länge der Dehnschraube ist dadurch begrenzt, dass das Ende der Schraube nicht in den Betrieb des Gelenks, zum Beispiel das Abbeugen des Gelenks, behindern darf.The length of the expansion screw is limited by the fact that the end of the screw must not hinder in the operation of the joint, for example, the bending of the joint.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kerbwirkungen an einem Gleichlaufgelenk zu reduzieren und die Festigkeit des Zapfens zu erhöhen, vorzugsweise ohne die Durchmesser von Verzahnung und Lager zu verändern.The invention has for its object to reduce the notch effects on a constant velocity joint and to increase the strength of the pin, preferably without changing the diameter of the toothing and bearing.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6.The object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 6, respectively.
Ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenk zur Verbindung mit einer Radnabe eines Kraftfahrzeuges umfasst ein Gelenkaußenteil mit einem glockenförmigen Bereich und einem sich seitlich anschließenden zylindrischen Zapfen, wobei der Zapfen zumindest teilweise hohlzylindrisch ausgebildet ist. Der Zapfen weist zwischen einem Bereich mit einer Außenverzahnung und dem glockenförmigen Bereich einen zweiten Bereich mit zylindrischer Außenfläche auf, wobei der Durchmesser des zweiten Bereichs mindestens dem Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung entspricht und vorzugsweise an den Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung angepasst ist. Unter einer vorstehend genannten Anpassung werden alle Durchmesser des zweiten Bereichs verstanden, die eine maximale Abweichung von 20%, bevorzugt eine Abweichung (nach oben) von weniger als 10% und besonders bevorzugt eine Abweichung von weniger als 5% zum Kopfkreisdurchmesser der Verzahnung aufweisen. Durch eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Gleichlaufgelenks werden die Kerbwirkungen reduziert und die Festigkeit des Zapfens erhöht, indem das Material des Zapfens in einem Verbindungsbereich zwischen der Verzahnung und dem glockenförmigen Bereich zylindrisch und unverzahnt ausgebildet wird und somit eine höhere Festigkeit aufweist als im Bereich einer Verzahnung. Die Außenfläche ist vorzugsweise unverzahnt, kann jedoch auch eine Verzahnung mit reduzierter Zahnhöhe oder eine andere Gestaltung aufweisen, um die Stabilität zu erhöhen. Eine andere Gestaltung, die diese Funktion erfüllt, ist insbesondere jede Gestaltung mit gegenüber dem benachbarten Verzahnungsbereich vergrößertem, tragenden Querschnitt. Eine unverzahnte Außenfläche hat den Vorteil, dass sich eine besonders hohe Stabilität ergibt.An inventive constant velocity joint for connection to a wheel hub of a motor vehicle comprises an outer joint part with a bell-shaped portion and a laterally adjoining cylindrical pin, wherein the pin is at least partially formed as a hollow cylinder. The pin has between a region with an external toothing and the bell-shaped region a second region with a cylindrical outer surface, wherein the diameter of the second region corresponds at least to the tip circle diameter of the toothing and is preferably adapted to the tip circle diameter of the toothing. An adaptation mentioned above is understood as meaning all diameters of the second region which have a maximum deviation of 20%, preferably a deviation (upward) of less than 10% and particularly preferably a deviation of less than 5% from the tip circle diameter of the toothing. An inventive design of a constant velocity joint, the notch effects are reduced and increases the strength of the pin by the material of the pin in a connection region between the toothing and the bell-shaped area is cylindrical and not serrated and thus has a higher strength than in the region of a toothing. The outer surface is preferably untoothed, but may also have a reduced tooth tooth or other configuration to increase stability. Another design that fulfills this function is in particular any design with respect to the adjacent toothed area enlarged, carrying cross-section. An untoothed outer surface has the advantage that a particularly high stability results.
Die Gestaltung eines erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenks ermöglicht es nicht nur, ein Gleichlaufgelenk besonders stabil auszuführen. Es kann auch kostengünstig einstückig hergestellt werden.The design of a constant velocity joint according to the invention makes it possible not only to perform a constant velocity joint very stable. It can also be produced inexpensively in one piece.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform grenzt der zweite Bereich an eine sich radial erstreckende Stützfläche an. Diese Stützfläche wird auch als Zapfen-Schulter bezeichnet. Durch diese Gestaltung wird eine auf den Zapfen des Gleichlaufgelenks aufzuschiebende Radnaben-Radlager-Einheit nicht nur in axialer Richtung geführt, sondern auch in axialer Richtung positioniert. Die Zapfen-Schulter bildet einen Anschlag, der die axiale Position vorgibt, d. h. die Zapfen-Schulter liegt axial am Lager-Innenring an.In a further practical embodiment, the second region adjoins a radially extending support surface. This support surface is also referred to as pin-shoulder. By this design, a aufzuschiebende on the pin of the constant velocity joint wheel hub wheel bearing unit is guided not only in the axial direction, but also positioned in the axial direction. The pin shoulder forms a stop which defines the axial position, d. H. the pin shoulder rests axially on the bearing inner ring.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform weist der Zapfen einen dritten Bereich mit einem Innengewinde auf, wobei der erste Bereich und der dritte Bereich so zueinander angeordnet sind, dass sich der erste Bereich und der dritte Bereich in axialer Richtung nicht überlappen. Bei dieser Ausführungsform sind Kerbwirkungen hervorrufende Bereiche axial zueinander beabstandet angeordnet, wodurch die Kerbwirkung an dem Gleichlaufgelenk insgesamt reduziert und die Stabilität erhöht wird. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem ersten Bereich und dem dritten Bereich mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 2 mm und weiter bevorzugt mindestens 5 mm.In a further practical embodiment, the journal has a third region with an internal thread, wherein the first region and the third region are arranged relative to one another such that the first region and the third region do not overlap in the axial direction. In this embodiment, notch effect causing portions are arranged axially spaced apart, whereby the notch effect on the constant velocity universal joint is reduced and the stability is increased. Preferably, the distance between the first region and the third region is at least 1 mm, preferably at least 2 mm and more preferably at least 5 mm.
Der dritte Bereich liegt in einer weiteren praktischen Ausführungsform in axialer Richtung mindestens teilweise zwischen der Ebene der Stützfläche und dem innenseitig beginnenden, glockenförmigen Bereich. Besonders bevorzugt liegt der dritte Bereich vollständig zwischen der Ebene der Stützfläche und dem innenseitig beginnenden, glockenförmigen Bereich. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zwischen der Stützfläche und dem innenseitig beginnenden, glockenförmigen Bereich eine wesentlich größere Materialstärke gewählt werden kann als im Bereich des Zapfens, so dass sich insgesamt wiederum eine geringere Kerbwirkung und eine höhere Stabilität ergibt.The third region lies in a further practical embodiment in the axial direction at least partially between the plane of the support surface and the inside starting bell-shaped region. Particularly preferably, the third region lies completely between the plane of the support surface and the bell-shaped region beginning on the inside. This embodiment has the advantage that a significantly greater material thickness can be selected between the support surface and the bell-shaped region starting on the inside than in the region of the journal, so that overall a lower notch effect and a higher stability result.
Wenn die Außenverzahnung des Gleichlaufgelenks mit einem Helixwinkel ausgeführt ist, das heißt die Zähne etwas verschränkt gegenüber den achsparallelen Zähnen der Innenverzahnung der Radnabe ausgeführt sind, wird das Fügen von Radnabe und Zapfen erleichtert. Ferner ergibt sich im vollständig montierten Zustand eine spielfreie Lagerung im Bereich der Verzahnung dadurch, dass der Abstand während des Fügens mit zunehmender Überdeckung der Zähne abnimmt.If the outer toothing of the constant velocity joint is designed with a helix angle, that is, the teeth are executed somewhat entangled with respect to the axially parallel teeth of the internal teeth of the wheel hub, the joining of the wheel hub and pin is facilitated. Furthermore, in the fully assembled state, a backlash-free mounting in the area of the toothing results from the fact that the distance during the joining decreases with increasing coverage of the teeth.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung aus einem wie vorstehend beschriebenen Gleichlaufgelenk und einer Radnabe, bei welcher das Gelenkaußenteil mittels des Zapfens in eine Öffnung der Radnabe eingesteckt, in dieser drehfest gehalten und mit einer Radnabe verspannt ist. Die Verspannung erfolgt vorzugsweise über eine Dehnschraube. Auf die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gleichlaufgelenk beschriebenen Vorteile wird hiermit verwiesen.The invention also relates to an arrangement of a constant velocity joint as described above and a wheel hub, wherein the outer joint part is inserted by means of the pin in an opening of the wheel hub, rotatably held in this and braced with a hub. The bracing is preferably done via an expansion screw. On the advantages already described in connection with the constant velocity joint according to the invention, reference is hereby made.
Die Erfindung betrifft bevorzugt Anordnungen, bei denen das Radlager durch den Achszapfen vorgespannt wird, besonders bevorzugt solche Anordnungen, bei denen die Innenfläche des Radlagers in Kontakt zu einer unverzahnten Außenfläche des Zapfens steht und weiter bevorzugt Anordnungen, bei denen sich das Radlager an einer sich radial erstreckenden Stützfläche in axialer Richtung abstützt.The invention preferably relates to arrangements in which the wheel bearing is biased by the journal, more preferably such arrangements in which the inner surface of the wheel bearing is in contact with a non-toothed outer surface of the pin and more preferably arrangements in which the wheel bearing at a radially extending support surface supported in the axial direction.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Innenkontur der Radnabe auf der Zapfen-Fügeseite einen zylindrischen Bereich aufweist, dessen Durchmesser mindestens so groß ist wie oder größer als der Kopfkreisdurchmesser der Außenverzahnung des Zapfens. Vorzugsweise entspricht der Durchmesser des zylindrischen Bereichs des Achszapfens in etwa dem Fußkreisdurchmesser der Innenverzahnung der Radnabe, so dass der zylindrische Bereich des Zapfens mit dem zylindrischen Bereich der Radnabeninnenkontur im montierten Zustand einen Spielsitz ergibt. In einer alternativen Ausführungsform können die Durchmesser auch so gewählt werden, dass sich ein Presssitz ergibt, um die Steifigkeit der Radlagerung im Betrieb zu erhöhen. In diesem Fall erhöht sich jedoch auch der Aufwand für die Montage und Sicherstellung der Lagervorspannkraft.Further advantages result if the inner contour of the wheel hub on the pin-joining side has a cylindrical portion whose diameter is at least as large as or larger than the tip circle diameter of the outer toothing of the pin. Preferably, the diameter of the cylindrical portion of the journal corresponds approximately to the root diameter of the internal toothing of the wheel hub, so that the cylindrical portion of the pin with the cylindrical portion of the hub inner contour in the assembled state gives a snug fit. In an alternative embodiment, the diameters may also be selected such that an interference fit results to increase the rigidity of the wheel bearing during operation. In this case, however, also increases the cost of mounting and ensuring the bearing preload.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform sind die Verzahnungen oder sonstigen Mittel zur Drehmomentübertragung in einem Bereich angeordnet, der axial innerhalb eines durch zwei Lagerreihen des Radlagers gebildeten Ebenen liegt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Belastungen von dem Radlager besonders gleichmäßig aufgenommen werden.In a further practical embodiment, the toothing or other means for transmitting torque are arranged in a region which lies axially within a plane formed by two rows of bearings of the wheel bearing. This arrangement has the advantage that loads are absorbed by the wheel bearing particularly evenly.
Um die Kerbwirkung an einer erfindungsgemäßen Anordnung weiter zu reduzieren, können die Innenverzahnungen der Radnabe und der Presssitz für den Innenring eines Radlagers so angeordnet werden, dass sie sich in axialer Richtung nicht überlappen. In order to further reduce the notch effect on an arrangement according to the invention, the internal toothings of the wheel hub and the press fit for the inner ring of a wheel bearing can be arranged such that they do not overlap in the axial direction.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die an der Radnabe und an dem Zapfen ausgebildeten Verzahnungen so dimensioniert, dass sie sich zumindest in einem Teilbereich von Hand fügen lassen. Der Teilbereich beträgt bevorzugt mindestens 10% der Verzahnungslänge und besonders bevorzugt mindestens ein Drittel der Verzahnungslänge. Die verbleibende Länge zur Herstellung der Verzahnung wird vorzugsweise durch Herstellung einer Verschraubung, zum Beispiel mit Hilfe einer Dehnschraube, bewirkt.In a further practical embodiment of the arrangement according to the invention, the toothings formed on the wheel hub and on the journal are dimensioned such that they can be manually inserted at least in a partial area. The partial area is preferably at least 10% of the toothed length and particularly preferably at least one third of the toothed length. The remaining length for the production of the toothing is preferably effected by producing a screw connection, for example by means of an expansion screw.
Weitere Vorteile sowie praktische Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigenFurther advantages as well as practical embodiments of the invention are described below in connection with the drawings. Show it
Die an dem Zapfen
An die zylindrische, unverzahnte Außenfläche
Wie in
Auf der Innseite des Zapfens
Wie in den
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann insbesondere im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse eines auf dem entsprechenden technischen Gebiet tätigen Fachmanns variiert werden.The invention is not limited to the exemplary embodiment described, but can be varied in particular within the scope of the claims and taking into account the knowledge of a person skilled in the relevant technical field.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- GleichlaufgelenkConstant velocity joint
- 1212
- Dehnschraubejackscrew
- 1414
- Radnabewheel hub
- 1616
- unverzahnte Außenflächeuntoothed outer surface
- 1818
- GelenkaußenteilOuter race
- 2020
- glockenförmiger Bereichbell-shaped area
- 2222
- Zapfenspigot
- 2424
- erster Bereichfirst area
- 2525
- Außenverzahnung (am Zapfen)External toothing (on the pin)
- 2626
- zweiter Bereichsecond area
- 2727
- Innenverzahnung (an der Radnabe)Internal toothing (at the wheel hub)
- 2828
- Stützflächesupport surface
- 3030
- Radiusradius
- 3232
- dritter Bereichthird area
- 3434
- Innengewindeinner thread
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2006/050785 A1 [0008] WO 2006/050785 A1 [0008]
- DE 102006034039 B4 [0008] DE 102006034039 B4 [0008]
- DE 3536796 A1 [0008] DE 3536796 A1 [0008]
- DE 10338172 B3 [0008] DE 10338172 B3 [0008]
- WO 2007/014679 A1 [0008] WO 2007/014679 A1 [0008]
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