DE102014012543B4

DE102014012543B4 - Verbindungsanordnung eines homokinetischen Drehgelenks mit einer Welle

Info

Publication number: DE102014012543B4
Application number: DE102014012543.2A
Authority: DE
Inventors: Heike Kleinhaus
Original assignee: IFA Technologies GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: DE102014012543A1

Abstract

Verbindungsanordnung eines homokinetischen Drehgelenks (1) mit einer Welle oder einem Wellenzapfen (9), bestehend aus einem Gelenkaußenteil (2) mit inneren Kugellaufbahnen (3) und einem Gelenkinnenteil (4) mit äußeren Kugellaufbahnen (5), einem Käfig (7) sowie Kugeln (6), die von dem Käfig (7) zwischen dem Gelenkaußenteil (2) und dem Gelenkinnenteil (4) gehalten werden, wobei das Gelenkaußenteil (2) und das Gelenkinnenteil (4) drehfest mit jeweils einer Welle oder einem Wellenzapfen (9) verbunden ist, wobei das homokinetische Drehgelenk (1) als ein Grundgelenk ausgebildet ist, dessen Gelenkinnenteil (4) über einen Adapter (11) drehfest mit der einen Welle oder dem einen Wellenzapfen (9) verbunden ist, und an dem Adapter (11) Mittel zur drehfesten Verbindung mit der einen Welle oder dem einen Wellenzapfen (9) angeordnet sind und dass sich der Adapter (11) axial an das Gelenkinnenteil (4) anschließt und an seiner dem homokinetischen Drehgelenk (1) zugewandten Stirnfläche mit Mitteln zur drehfesten Verbindung mit der dem Wellenzapfen (9) zugewandten Stirnfläche des Gelenkinnenteils (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) an das Gelenkinnenteil (4) angeschweißt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Verbindungsanordnung eines homokinetischen Drehgelenks mit einer Welle zur Übertragung einer gleichförmigen Drehbewegung, beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Zur Übertragung einer gleichförmigen Drehbewegung zwischen aus konstruktiven Gründen nicht fluchtenden oder betriebsbedingt variierende Winkel zueinander einnehmenden Wellen werden die Wellen über homokinetische Drehgelenke drehfest miteinander verbunden. Dabei wird die eine Welle in der Regel über eine axialgesicherte formschlüssige Verbindung, meistens eine Keilwellenverzahnung, mit dem Gelenkinnenteil und die andere Welle ebenfalls drehfest, beispielsweise mittels einer Flanschverbindung oder einer Schweißverbindung, mit dem Gelenkaußenteil des Drehgelenks verbunden.
Bekannte Längsantriebswellen, insbesondere für den Einsatz in Automobilen mit Allrad- oder Hinterradantrieb, bestehen aus zwei rohrförmigen Wellenabschnitten, die über eine in einem Mittenlager gelagerte Zwischenwelle, die auch als Wellenzapfen ausgebildet sein kann, drehfest miteinander verbunden sind. Das freie Ende des ersten Wellenabschnitts ist mit der Außennabe eines getriebeseitigen Gelenks, das freie Ende des zweiten Wellenabschnitts mit der Außennabe eines differentialseitigen Gelenks verbunden, wobei die Außennaben der Gelenke als Blechumformteil ausgebildet sind, die die Innennabe des Gelenks axial zumindest teilweise umgreifen und mit dem jeweiligen rohrförmigen Wellenabschnitt verschweißt sind ( DE 102 37 172 B3 ). Bei einer bekannten Verbindungsanordnung zwischen einem Wellenzapfen und einem Drehgelenk ist die Verbindung zwischen Gelenk und Welle mittels einer Manschette hergestellt, die an dem Gelenkaußenteil angeschweißt ist. Mit ihrem anderen Ende ist die Manschette mit der Welle verschweißt ( DE 10 2004 009 477 A1 ). Das gleiche Prinzip wird bei einer mehrteiligen Längsantriebwelle angewendet, bei der ein Wellenrohr mittels eines Anschlussflansches mit dem Gelenkaußenteil drehfest verbunden ist, wobei die Verbindung des Anschlussflansches mit dem Wellenrohr einerseits und dem Gelenkaußenteil andererseits jeweils eine Schweißverbindung ist ( DE 10 2005 029 754 A1 ).
Der Nachteil dieser Verbindungsanordnungen besteht darin, dass zur Verbindung der Welle mit dem Gelenkinnenteil Letzteres immer an die Welle oder den Wellenzapfen angepasst sein muss. Da das Gelenkinnenteil Bestandteil des Gelenks ist, muss auch das komplette Gelenk immer an die jeweilige Welle angepasst sein, d. h. für jeden Wellentyp muss ein passendes Gelenk bereitgehalten werden. Das ist mit einem hohen Fertigungs- und Lageraufwand verbunden.
Fertigungstechnisch ungünstig ist auch, dass das zur Schmierung des Gelenks erforderliche Fett erst bei der Endmontage auf der kundenbezogenen Wellenmontageanlage, die sich ca. zehn Montageanlagen hinter der Gelenkmontageanlage befindet, in das Gelenk eingebracht wird. Auf dem Weg, den das Gelenk bis zur Wellenmontageanlage zurücklegt, besteht die Gefahr einer Verschmutzung des Gelenks.
Nachteilig ist auch, dass die Prüfung der Funktionswerte des Gelenks nur mit dem kompletten Gelenkinnenteil erfolgen kann. Bei Feststellung fehlerhafter Funktionswerte ist somit auch das für eine spezielle Welle gefertigte und daher verhältnismäßig teure Gelenkinnenteil unbrauchbar.
Bekannt ist auch eine Innennabe für ein Gelenk mit einem Schaftabschnitt und einem Kopfabschnitt. Ein erstes Bauteil weist den Schaftabschnitt und ein zweites Bauteil den Kopfabschnitt auf. Beide Bauteile sind separat hergestellte Bauteile und werden mechanisch so miteinander verbunden, dass eine Innennabe entsteht ( DE 10 2010 031 841 A1 ).
Ferner ist ein Gleichlauffestgelenk bekannt, das ein Außenteil mit inneren Laufrillen, ein Innenteil mit äußeren Laufrillen und in einem Käfig gehaltene Kugeln umfasst, die in jeweils sich gegenüberliegenden Laufrillen angeordnet sind. Das Gelenkinnenteil nimmt in seinem Innendurchmesser koaxial ein Verschiebeteil drehfest auf, in dessen Innenraum wiederum eine Innenwelle drehfest angeordnet ist. Das Gleichlaufdrehgelenk, die zugehörige Gelenkwelle und das Verschiebegelenk sind als Baukastensystem ausgebildet ( DE 102 10 305 A1 ).
Eine anderweitige Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk und einer Welle erfolgt mittels einer Spannhülse. Das Gelenkinnenteil des Gleichlaufdrehgelenks ist mit einem Wellenzapfen fest verbunden, der an einem dem Gleichlaufdrehgelenk abgewandten Ende eine Stirnverzahnung und ein Außengewinde aufweist. Die Welle weist an ihrem dem Gleichlaufdrehgelenk zugewandten Ende ebenfalls eine Stirnverzahnung und ein Außengewinde auf. Im gefügten Zustand sind die Stirnverzahnung von Welle und Wellenzapfen miteinander im Verzahnungseingriff. Die Spannhülse hat ein erstes Innengewinde, das mit dem Außengewinde des Wellenzapfens verschraubt ist, und ein zweites Innengewinde, das eine andere Steigung als das erste aufweist und mit dem Außengewinde der Welle verschraubt ist ( DE 10 2007 005 849 A1 ).
Bei einer ebenfalls bekannten Verbindungsanordnung zwischen einem Gleichlaufdrehgelenk mit einer Verbindungswelle weist das Innenteil des Gleichlaufdrehgelenks eine Durchgangsbohrung auf, die einen ersten Abschnitt in Form einer Innenverzahnung und einen zweiten kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt aufweist. In das Innenteil ist eine Kupplungshülse eingesetzt, die eine Außenverzahnung besitzt, die in die Innenverzahnung der Durchgangsbohrung eingreift. Daran anschließend ist ein kreiszylindrischer Abschnitt vorgesehen, der in dem zweiten kreiszylindrischen Bohrungsabschnitt zentriert ist. Die Kupplungshülse weist innere erste Längsrillen auf, denen zweite Längsrillen der Verbindungswelle gegenüberliegen. Zwischen beiden befinden sich in einem Käfig geführte drehmomentübertragende Wälzkörper ( DE 44 19 341 C1 ).
Bei einer anderweitigen lösbaren Gelenkanbindung zur drehmomentübertragenden Verbindung eines Bauteils mit einem Gelenk kommt ebenfalls eine Stirnverzahnung zum Einsatz, wobei die Stirnverzahnungen des Innenrings des Gelenks und des Bauteils jeweils aneinander anliegende Flanken als Funktionsflächen aufweisen und durch Aufbringen einer axialen Vorspannung miteinander in Eingriff gebracht werden. Die axiale Vorspannung wird durch eine das Bauteil und den Innenring koaxial übergreifende Sicherungsmutter aufgebracht und fixiert ( DE 10 2006 012 031 A1 ).
Schließlich ist eine Gelenkwelle zur Übertragung von Drehmomenten bekannt, bei der jeweils die Innennabe der Gelenke über ein Anschlusselement mit dem Anschlussbauteil der Gelenkwelle verbunden ist. Gelenkseitig sind die Anschlusselemente über eine koaxiale Schaftverbindung lösbar mit der Innennabe der Gelenke verbunden, während sie auf der dem Gelenk abgewandten Stirnseite mit einem Flansch versehen und mit dem Anschlussbauteil verschweißt sind ( DE 200 00 368 U1 ).
Die Erfindung und ihre Vorteile
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung eines homokinetischen Drehgelenks mit einer Welle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem oben genannten Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, dass es nunmehr möglich ist, ein für unterschiedliche Wellentypen anwendbares im Aufbau einheitliches Grundgelenk herzustellen. Die Herstellungskosten für ein solches universell einsetzbares Grundgelenk sind geringer als bei einem für eine spezielle Welle entwickelten Gelenk. Außerdem kann es kompakt, ggf. sogar kleiner ausgebildet sein. Eine kleinere Auslegung des Grundgelenks ist durch die Verlegung der das Drehmoment übertragenden Mittel in Bereiche außerhalb des Grundgelenks möglich.
Die Montage kann immer auf ein und derselben Gelenkmontageanlage erfolgen. Nach der üblichen Kugel-Laufbahn-Klassierung und der Messung der Gelenkfunktionswerte erfolgt als letzter Schritt die Verbindung des Gelenkinnenteils mit einem auf die speziell nach Kundenwunsch oder Anwendungsfall konzipierte Welle. Es ist kein Rüsten für unterschiedliche Kundenschnittstellenvarianten erforderlich, wenn die Spannflächen für die Schweißverbindung des Adapters mit dem Standardgelenkinnenteil des Gelenks gleich bleiben. Dadurch können auch sog. chaotische Montage- und/oder Logistikprozesse mit einem vertretbaren Aufwand bewältigt werden.
Da die Kontrolle der Funktionswerte des Gelenks auf der Gelenkmontageanlage in der Regel weit vorne im Prozess der Fertigung durchgeführt wird, wird die Verbindung des Adapters mit einem nicht die Funktionswerte erfüllenden Gelenk vermieden. Da ein Grundgelenk in seiner Herstellung billiger ist als ein solches, das mit einem für eine spezielle Welle hergestellten Gelenkinnenteil versehen ist, fällt ein wegen nicht erfüllter Funktionswerte auszusonderndes Gelenk finanziell nicht so stark ins Gewicht.
Zudem ist eine vorteilhafte Anwendung des Prinzips des Baukastensystems möglich, das aus dem Grundgelenk und speziellen Adaptern als Kundenschnittstelle besteht. Auch die Herstellung des jeweiligen speziellen Adapters ist kostengünstig, da der Adapter lediglich einen zur Welle komplementären das Drehmoment übertragenden form- und/oder kraftschlüssigen Eingriffsbereich und seine dem Grundgelenk zugewandte Stirnfläche Mittel zum Verschweißen mit dem Gelenkinnenteil aufweisen muss.
Wenn die mit dem Adapter komplettierten Gelenke die Gelenkmontageanlage verlassen, sind diese schmiermitteldicht, also problemlos händelbar. Dadurch ist eine Fettverschleppung oder eine mögliche Verschmutzung ausgeschlossen.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass das Gelenkinnenteil des Drehgelenks in axialer Richtung zweiteilig ausgebildet ist, d. h. dass es aus einem von dem Gelenkaußenteil zumindest teilweise umfassten ringförmigen Teil mit äußeren Kugellaufbahnen und einem sich axial an dieses Teil anschließenden Adapter besteht, der einen zur Welle komplementären das Drehmoment übertragenden form- und/oder kraftschlüssigen Eingriffsbereich aufweist und dessen dem Drehgelenk zugewandte Stirnfläche mit Mitteln zum Verschweißen mit dem von dem Gelenkaußenteil zumindest teilweise umfassten, mit äußeren Kugellaufbahnen versehenen Teil des Gelenkinnenteils versehen ist. Somit ist der Adapter sowohl hinsichtlich seiner Abmessungen als auch bezüglich der Mittel der Übertragung des Drehmoments an die anwendungsbedingt vorgesehene oder vom Kunden gewünschte Welle anpassbar, während der im Drehgelenk befindliche, die Kugeln tragende ringförmige Teil lediglich die komplementären Mittel zum Verschweißen mit dem Adapter aufweisen muss, die jedoch unabhängig von der Ausführung der Welle, insbesondere deren Mittel zur Kraftübertragung sowie der sonstigen Ausführung des Adapters in der Regel gleich, zumindest aber bei deutlich größeren Losgrößen als bisher gleich sein können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter auch die Mittel zur Axialsicherung der einen Welle oder des einen Wellenzapfens auf. Dadurch brauchen an dem Gelenkinnenteil keine Anschlagflächen für die Welle oder den Wellenzapfen und keine Nut zur Aufnahme eines Axialsicherungsrings vorgesehen zu werden.
Nach einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter auch die Mittel zur Abdichtung des Drehgelenks gegenüber der einen Welle oder des einen Wellenzapfens auf. Dadurch braucht an dem Gelenkinnenteil keine Nut zur Aufnahme eines Dichtrings vorgesehen zu werden.
Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter an seinem Außenumfang Mittel zur Aufnahme einer Abdichtung des Drehgelenks, beispielsweise eines Faltenbalgs, auf. Somit braucht der ringförmige Teil des Gelenkinnenteils axial nicht über die Breite des Drehgelenks hinauszuragen, so dass das Drehgelenk insgesamt eine verhältnismäßig geringe Breite aufweisen kann.
Als Schweißverfahren ist das Laserschweißen besonders vorteilhaft anwendbar.
Eine einfache Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Mittel zur drehfesten Verbindung zwischen Adapter und Gelenkinnenteil in bekannter Weise jeweils an deren einander zugewandten Stirnseiten vorzusehen. Dadurch braucht das Gelenkinnenteil nicht über die Breite des Drehgelenks hinaus geführt zu werden.
Eine Vorrichtung zum Schweißen von die Kugellaufbahnen aufweisendem Teil und Adapter muss eine koaxiale Positionierung zwischen diesem und dem Adapter sowie eine Arretierung des Drehgelenks während des Anschweißens des Adapters gewährleisten, so dass der die Kugellaufbahnen aufweisende Teil des Gelenkinnenteils spielfrei fixiert werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmbar.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

1 die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung im montierten Zustand und
2 eine Darstellung der Einzelteile der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie aus 1 zu erkennen, besteht die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung aus einem homokinetischen Drehgelenk 1, das in bekannter Weise aus einem Gelenkaußenteil 2 mit inneren Kugellaufbahnen 3 und einem Gelenkinnenteil 4 mit äußeren Kugellaufbahnen 5 besteht, zwischen denen Kugeln 6 laufen, die von einem Käfig 7 gehalten sind. Das Gelenkaußenteil 2 ist mit einer Hohlwelle 8 drehfest verbunden, im vorliegenden Beispiel angeschweißt. Das üblicherweise mit der anderen Welle 9 verbundene Gelenkinnenteil 4 weist eine dieser Welle 9 zugewandte Stirnseite 10 auf, die mit einem Adapter 11 drehfest verbunden ist. Der Adapter 11 ist an die Stirnfläche 10 angeschweißt. Wie bereits beschrieben, ist zur Herstellung der Schweißverbindung vorteilhafterweise das Laserschweißen geeignet, wobei aber auch andere Schweißverfahren, wie z. B. das Magnetarcschweißen, angewendet werden können.
Wie aus 2 erkennbar, weist die Welle 9 an ihrem dem Drehgelenk 1 zugewandten freien Ende eine äußere Keilwellenverzahnung 12 auf, die im montierten Zustand (1) in eine am Innenumfang des Adapters 11 vorgesehene innere Keilwellenverzahnung 13 eingreift. Im vorderen Bereich der äußeren Keilwellenverzahnung 12 befindet sich eine erste Nut 14 zur Aufnahme eines Dichtrings 15, der in dem in 1 dargestellten montierten Zustand der Verbindungsanordnung sichtbar ist und in eine komplementäre Innennut des Adapters 11 hineinragt. Eine zweite Nut 16 befindet sich in dem Bereich des sich an die äußere Keilwellenverzahnung 12 anschließenden Durchmesserabsatzes der Welle 9, der, wie aus 1 erkennbar, im montierten Zustand von dem Adapter 11 noch überragt wird. Zu dieser Nut 16 ist in den Adapter 11 ebenfalls eine komplementäre Innennut 17 zur Aufnahme eines Axialsicherungsrings 18 eingebracht. An seinem Außenumfang ist der Adapter 11 mit einer Außennut 19 zur Befestigung des einen Endes eines Faltenbalgs 20 (1) versehen, der das Drehgelenk 1 wellenseitig abdichtet. Das andere Ende des Faltenbalgs 20 ist an dem Gelenkaußenteil 2 befestigt. Auf der dem Wellenrohr zugewandten Seite ist das Drehgelenk 1 mit einem Deckel 21 abgedichtet. Zur Verhinderung des Austritts von Schmiermittel aus dem Bereich der Verbindung der Welle 9 mit dem Adapter 11 ist das Gelenkinnenteil 4 mit einer Scheibe 22 abgedichtet.
In der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung sind sämtliche für deren Funktionen erforderlichen technischen Merkmale, wie Übertragung des Drehmoments, Axialsicherung und Abdichtung der Welle 9 und wellenseitige Abdichtung des Drehgelenks 1, in den Adapter 11 eingebracht, so dass das Gelenkinnenteil 4 von all diesen Merkmalen frei ist und das Drehgelenk 1 als ein Standard- oder Grundgelenk ausgelegt und somit als eine Serienbaugruppe kostengünstig hergestellt werden kann.
Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Drehgelenk
2: Gelenkaußenteil
3: Innere Kugellaufbahnen
4: Gelenkinnenteil
5: Äußere Kugellaufbahnen
6: Kugeln
7: Käfig
8: Hohlwelle
9: Welle/Wellenzapfen
10: Stirnfläche
11: Adapter
12: Äußere Keilwellenverzahnung
13: Innere Keilwellenverzahnung
14: Erste Nut
15: Dichtring
16: Zweite Nut
17: Innennut
18: Axialsicherungsring
19: Außennut
20: Faltenbalg
21: Deckel
22: Scheibe

Claims

Verbindungsanordnung eines homokinetischen Drehgelenks (1) mit einer Welle oder einem Wellenzapfen (9), bestehend aus einem Gelenkaußenteil (2) mit inneren Kugellaufbahnen (3) und einem Gelenkinnenteil (4) mit äußeren Kugellaufbahnen (5), einem Käfig (7) sowie Kugeln (6), die von dem Käfig (7) zwischen dem Gelenkaußenteil (2) und dem Gelenkinnenteil (4) gehalten werden, wobei das Gelenkaußenteil (2) und das Gelenkinnenteil (4) drehfest mit jeweils einer Welle oder einem Wellenzapfen (9) verbunden ist, wobei das homokinetische Drehgelenk (1) als ein Grundgelenk ausgebildet ist, dessen Gelenkinnenteil (4) über einen Adapter (11) drehfest mit der einen Welle oder dem einen Wellenzapfen (9) verbunden ist, und an dem Adapter (11) Mittel zur drehfesten Verbindung mit der einen Welle oder dem einen Wellenzapfen (9) angeordnet sind und dass sich der Adapter (11) axial an das Gelenkinnenteil (4) anschließt und an seiner dem homokinetischen Drehgelenk (1) zugewandten Stirnfläche mit Mitteln zur drehfesten Verbindung mit der dem Wellenzapfen (9) zugewandten Stirnfläche des Gelenkinnenteils (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) an das Gelenkinnenteil (4) angeschweißt ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) auch die Mittel zur Axialsicherung der einen Welle oder des einen Wellenzapfens (9) aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) auch die Mittel zur Abdichtung des Drehgelenks (1) gegenüber der einen Welle oder des einen Wellenzapfens (9) aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) an seinem Außenumfang Mittel zur Aufnahme einer Abdichtung des Drehgelenks (1) aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) mittels Laserschweißen an das Gelenkinnenteil (4) angeschweißt ist.