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Die Erfindung bezieht sich auf eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung, umfassend ein erstes Bauteil mit einer ersten Plankerbverzahnung, ein zweites Bauteil mit einer zweiten Plankerbverzahnung, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung axial miteinander verspannt sind, und einen Ring, welcher die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung radial außenseitig umgibt und abdichtet.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung.
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Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnungen, welche gelegentlich auch als Hirth-oder Stirnverzahnungsanordnungen bezeichnet werden, kommen als Verbindung zur spielfreien Drehmomentübertragung im Fahrzeugbau beispielsweise zwischen einer Antriebsgelenkwelle und einer Radnabe zum Einsatz. Insbesondere bei der Übertragung von hohen Drehmomenten wie vor allem bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb bietet der Einsatz von axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnungen gegenüber herkömmlichen Längspassverzahnungsanordnungen Vorteile, da die Drehmomentübertragung auch bei hohen wechselnden Drehmomenten ohne Relativbewegungen, welche aus der Torsionselastizität von Längspassverzahnung resultieren können, und ohne störende Geräusche (Ping Noise) gut gewährleistet werden kann.
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Zur Gewährleistung der Drehmomentübertragungsfunktion muss die Plankerbverzahnungsanordnung mit einer hohen Axialkraft verspannt werden. Die folglich durch hohe Materialspannungen belasteten, miteinander in Eingriff stehenden beiden Plankerbverzahnungen müssen entsprechend gegen Korrosion geschützt werden. Überdies muss bei der Montage beachtet werden, dass die korrespondierenden Plankerbverzahnungen korrekt ineinandergreifen, damit es nicht zu einer Zahn-auf-Zahn-Montage kommt.
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Zur Vermeidung einer solchen Zahn-auf-Zahn-Montage wird in
DE 10 2007 057 047 A1 eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung vorgeschlagen, bei der eine zugehörige Spanneinrichtung in Form einer Verbindungsschraube über ein Federelement abgestützt ist, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke-Position nicht nennenswert geringer als die Höhe der Zähne der Plankerbverzahnungen. Das Federelement kann eine Elastomerhülse und/oder eine Schraubenfeder sein. Beim Zusammenbau eines Radnabenbauteils mit einem hiermit über eine Plankerbverzahnungsanordnung verbundenen Wellengelenkbauteil wird in einem ersten Schritt die Verbindungsschraube nur mit einem geringen Drehmoment angezogen, um im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position mittels Anlegen eines Drehmoments oder selbsttätig unter Einwirkung des Federelementes eine Zahn-in-Lücke-Position in der Plankerbverzahnungsanordnung herzustellen. Erst nach einer zeitlichen Unterbrechung erfolgt dann das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Schraubverbindung mit einem hohen Drehmoment. Der Einbau des Federelements bedeutet jedoch einen zusätzlichen Montageaufwand. Zudem verbleibt das Federelement, welches lediglich für die Montage benötigt wird, um die Zahn-auf-Zahn-Position zu vermeiden, an der gesamten Anordnung und erhöht deren Gewicht. Überdies muss für das Federelement entsprechender Bauraum geschaffen werden. Vorliegend wird daher angestrebt, ein solches Federelement zu vermeiden.
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Eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung der eingangs genannten Art ist aus
DE 10 2005 018 126 A1 bekannt. Bei dieser entfällt das vorstehend erläuterte Federelement. Jedoch ist in diesem Fall das Verhindern einer Zahn-auf Zahn-Position beim Verspannen schwierig, denn hierbei müssen nicht nur die beiden miteinander zu paarenden Plankerbverzahnungen zueinander ausgerichtet werden. Vielmehr müssen gleichzeitig auch unter Gewährleistung der korrekten Ausrichtung die Zuführung der Spanneinrichtung und deren Verschraubung erfolgen. Mit anderen Worten, zeitgleich zum Ansetzen einer Verbindungsschraube muss das Gleichlaufgelenk einer Gelenkwelle in Position zu einer Radnabe gehalten werden. Dies kann durch Montagepersonal vorgenommen werden oder auch automatisiert erfolgen. Aufgrund der zeitlichen Kopplung ist es jedoch geboten, das Positionieren der miteinander zu fügenden Bauteile als auch das Verschrauben in demselben Montagetakt zu erledigen. Jedoch ist dies technisch verhältnismäßig aufwendig, da hierbei drei Komponenten gleichzeitig gehandhabt werden müssen, so dass diesbezüglich Verbesserungsbedarf besteht.
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Überdies ist die Abdichtung der Plankerbverzahnungsanordnung gemäß
DE 10 2005 018 126 A1 verhältnismäßig aufwendig. Aus den bereits genannten Gründen soll auf eine solche Abdichtung jedoch nicht verzichtet werden.
DE 10 2005 018 126 A1 schlägt hierzu einen einfachen Dichtring aus Kunststoff oder alternativ Dichtpasten vor, um das Eindringen von Nässe und Schmutz von außen in die Fuge der gepaarten Plankerbverzahnungen zu verhindern.
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In
DE 10 2012 207 054 A1 wird diesbezüglich eine Gummi-Metall-Dichtung vorgeschlagen, welche die miteinander in Eingriff befindlichen Plankerbverzahnungen radial umgibt. Diese Dichtung ist sehr aufwendig. Die Anlagefläche einer Gummilippe jener Dichtung auf einem Achszapfen muss lackiert sein. Diese Lackierung ist jedoch mit hohem Aufwand und Kosten verbunden. In der Montage muss die Gummilippe zudem vor Beschädigungen geschützt werden. Aus diesem Grund wird die Gummi-Metall-Dichtung am Radlager vor dem Verbau durch einen Transportschutz in Form eines Deckels geschützt. Auch demgegenüber besteht Vereinfachungs- und Verbesserungsbedarf.
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Zusammengefasst kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, die Montage und Abdichtung einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst ein erstes Bauteil mit einer ersten Plankerbverzahnung, ein zweites Bauteil mit einer zweiten Plankerbverzahnung, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung axial miteinander verspannt sind, und einen Ring, welcher die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung radial außenseitig umgibt und abdichtet. Dabei stellt der Ring im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung eine Montagesicherung bereit, durch welche die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung lose miteinander in Eingriff gehalten sind, derart, dass ein Axialspiel kleiner ist als die Höhe der Zähne der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung.
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Hierdurch ist im Vergleich zu
DE 10 2005 018 126 A1 eine Entkopplung der Montageschritte, nämlich des Ausrichtens der zu fügenden Bauteile unter Gewährleistung des Ausschlusses einer Zahn-auf-Zahn-Montage einerseits, und des Verspannens andererseits problemlos möglich. Dadurch bleibt die Handhabung einfach. Aufgrund der Ausgestaltung des Rings kann jedoch gegenüber
DE 10 2007 057 047 A1 auf ein zusätzliches Federelement verzichtet werden.
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Überdies ermöglicht der Ring gleichzeitig eine Abdichtfunktion gegen das Eindringen von Nässe und Schmutz, so dass diesbezüglich keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden brauchen. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit einer aufwendigen Gummi-Metall-Dichtung und/oder einer Lackierung von Bauteilen. Auch die Notwendigkeit eines Transportschutzes, wie im Zusammenhang mit
DE 10 2012 207 054 A1 beschrieben, kann entfallen.
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Die erfindungsgemäße Lösung überwindet somit auf überraschend einfache Art und Weise gleichzeitig die oben erläuterten Probleme hinsichtlich Montage und Korrosion und reduziert die Anzahl der diesbezüglich benötigten Bauteile und Maßnahmen. Hieraus resultieren signifikante Kosteneinsparungseffekte in Bezug auf die Herstellung einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So kann beispielsweise der Ring an einem des ersten und zweiten Bauteils festgelegt und mit dem anderen des ersten und zweiten Bauteils über einen Rastmechanismus gekoppelt sein. Dies erlaubt die Vormontage des Rings an einem der miteinander zu fügenden Bauteile. Beispielsweise kann der Ring hierzu auf eines der beiden Bauteile fest aufgepresst, aufgeklebt oder in sonstiger Weise an diesem befestigt sein.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung bildet der Ring Rastnasen aus, die an dessen Umfang verteilt angeordnet sind und die nach Überwindung eines Vorsprungs am anderen Bauteil in eine oder mehrere Ausnehmungen am anderen Bauteil eingreifen. Beim Überwinden des Vorsprungs wird der Ring temporär elastisch etwas aufgedehnt, um nach Überwindung des Vorsprungs zurückzufedern. Die Anzahl der Rastnasen, welche vorzugsweise voneinander beanstandet sind, kann je nach Bedarf gewählt werden. In der Regel wird man diese bevorzugt im Bereich von 3 bis 20 wählen.
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Insbesondere kann der Ring einen die Rastnasen ausbildenden Abschnitt aufweisen, wobei dieser die Rastnasen ausbildende Abschnitt des Rings radial elastisch ein- und ausfederbar ist, um einen Rastwiderstand einfach und zuverlässig zu überwinden.
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Anhand des Einrastens lässt sich bei der Montage eine korrekte Verbindung verifizieren. Insbesondere kann hieran erkannt werden, dass eine unerwünschte Zahn-auf Zahn-Position nicht vorliegt.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung sind die die Rastnasen im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung mit Axialspiel in der oder den korrespondierenden Ausnehmungen aufgenommen. Aus diesem vormontierten Zustand kann in einem weiteren Schritt dann das Verspannen der Plankerbverzahnungsanordnung vorgenommen werden. Der Ring mit den Rastnasen ist für die Vormontage vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Eigengewicht der miteinander zu fügenden Bauteile und die Kräfte beim Ansetzten der Spanneinrichtung gehalten werden, ohne dass sich der Vormontagezustand wieder löst.
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Vorzugsweise kann der Ring auf die miteinander zu paarenden Plankerbverzahnungen derart abgestimmt sein, dass bei Überwindung des Vorsprungs durch die Rastnase die Überdeckung der Zähne der ersten Plankerbverzahnung und zweiten Plankerbverzahnung 30 % bis 90 % der Zahnhöhe derselben beträgt. Hierdurch kann eine Zahn-auf Zahn-Position nach erfolgter Vormontage zuverlässig ausgeschlossen werden.
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Anstelle einer Vorfixierung über Rastnasen kann der Ring zu diesem Zweck an mehreren Stellen auf dem Umfang geschlitzt sein, so dass dieser mit hinreichender Haftung auf das andere Bauteil aufgesteckt werden kann. Die Schlitze sind so bemessen, dass die oben in Bezug auf die Rastnasen erläuterte Haltefunktion und Dichtfunktion ebenso gewährleistet wird.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung weist der Ring eine umlaufende Dichtfläche auf, welche im gespannten Zustand der Spanneinrichtung gegen eine korrespondierende Dichtfläche am anderen Bauteil gedrängt ist. Der Spannvorgang der Spanneinrichtung kann in diesem Fall dazu genutzt werden, die Dichtwirkung weiter zu erhöhen. Es versteht sich, dass die für diese zusätzliche Dichtwirkung benötigten Kräfte nur einen minimalen Bruchteil der gesamten Axialkraft der Verspannung der Plankerbverzahnungsanordnung ausmachen.
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Weiterhin können optional die umlaufende Dichtfläche am Ring und die korrespondierende Dichtfläche am anderen Bauteil konisch ausgebildet sein, um die Dichtwirkung weiter zu verbessern.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung besteht der Ring vollumfänglich aus Kunststoff, wodurch sich dieser besonders einfach und kostengünstig herstellen lässt.
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Vorzugsweise kommt die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit einem Radlager zum Einsatz, ohne dass die vorliegende Erfindung jedoch auf diesen Einsatzzweck beschränkt wäre. Im erstgenannten Fall ist das erste Bauteil ein Gleichlaufgelenk, das zweite Bauteil eine Radnabe mit einem Radlager, und die Spanneinrichtung ein Spannbolzen, welcher zentrisch durch die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung hindurchgeführt ist, um das erste Bauteil und das zweite Bauteil miteinander zu verspannen. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einer solchen Verbindung hohe wechselnde Drehmomente ohne störende Geräuschbildung und etwaige Relativbewegungen in der Verbindung zuverlässig und mit kompakten Außenabmessungen übertragen lassen.
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In einer Ausführungsvariante kann der Ring mit einem Innenring des Radlagers, der seinerseits an der Radnabe montiert ist, verrastet sein und gegen diesen abdichten. Der Innenring wird in diesem Fall als separat an der Radnabe zu befestigendes Bauteil verstanden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann im gespannten Zustand des Spannbolzens der Ring axial gegen einen Dichtring einer Radlagerdichtung des Radlagers gedrängt sein und abdichten. Hierdurch können sich die Abdichtung der gepaarten Plankerbverzahnungen und des Radlagers gegenseitig unterstützen und die Zahl der Schnittstellen zur Außenumgebung reduzieren.
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In Abwandlung hiervon ist es jedoch auch möglich, den Ring mit einem Abschnitt der Radnabe zu verrasten, und zwar unabhängig davon, ob für das Radlager ein eigener Innenring vorgesehen wird oder nicht.
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Die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung ermöglicht einen vorteilhaften, weil einfach handhabbaren Montageablauf unter Gewährleistung eines korrekten Verzahnungseingriffs der miteinander gepaarten Plankerbverzahnungen. Hierzu wird insbesondere ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 15 vorgeschlagen. Dieses sieht ein Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung der vorstehend erläuterten vor, wobei in einem ersten Schritt das Gleichlaufgelenk und die Radnabe mit dem Radlager unter Verwendung des Rings lose aneinander montiert werden und durch den Ring die Aufrechterhaltung eines Teileingriffs der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung gewährleistet wird, und in einem zweiten Schritt ein Verspannen der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung gegeneinander unter Verwendung des Spannbolzens erfolgt, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung spielfrei in Anlage miteinander gelangen und der Ring den Eingriff der ersten Plankerbverzahnung mit der zweiten Plankerbverzahnung radial nach außen abdichtet.
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Nachfolgend werden Wege zur Ausführung der Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Längsschnittansicht einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Veranschaulichung einer Vormontageposition (links) und einer Endmontageposition (rechts) miteinander zu fügender Bauteile unter Einschluss einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung,
- 3 eine Längsschnittansicht einer axial verspannt Plankerbverzahnungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 eine Axialansicht einer ersten Ausführungsvariante eines Rings,
- 5 eine Axialansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Rings, und in
- 6 eine Explosionsdarstellung eines Gleichlaufgelenks und einer Radnabe mit Radlager, welche über eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung miteinander verbindbar sind.
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Das erste Ausführungsbeispiel in 1 zeigt eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung in verspannter Endmontageposition.
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Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst ein erstes Bauteil 10 mit einer ersten Plankerbverzahnung 11. Als Plankerbverzahnung wird vorliegend eine stirnseitige Radialverzahnungsstruktur an einem Bauteil verstanden, welche mit einer korrespondierenden stirnseitigen Radialverzahnungsstruktur an einem weiteren Bauteil zum Zweck der Drehmomentübertragung koppelbar ist. Das erste Bauteil 10 ist vorliegend in 6 beispielhaft als Gleichlaufgelenk 110 einer Gelenkwelle dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst weiterhin ein zweites Bauteil 20 mit einer zweiten Plankerbverzahnung 21. Das zweite Bauteil 20 ist vorliegend in 6 beispielhaft als Radnabe 120 mit einem Radlager 150 dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Dabei stehen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 miteinander in Verzahnungseingriff. Dieser ist in 1 spielfrei und zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet.
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Weiterhin ist eine Spanneinrichtung 30, vorzugsweise in Form eines Spannbolzens 130 vorgesehen, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 axial miteinander verspannt sind.
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Die Spanneinrichtung 30 erstreckt sich vorzugsweise zentrisch durch die beiden Plankerbverzahnungen 11 und 21 hindurch. Insbesondere kann die Spanneinrichtung 30, respektive der Spannbolzens 130, sich an dem zweiten Bauteil 20 abstützen und mit dem ersten Bauteil 10 verschraubt sein. Ein umgekehrter Einbau ist ebenfalls möglich.
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Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst schließlich einen Ring 40, welcher die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 radial außenseitig umgibt und abdichtet.
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Dieser Ring 40 stellt im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 eine Montagesicherung bereit, durch welche die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 lose miteinander in Eingriff gehalten sind. Dieser lose Eingriffszustand wird vorliegend auch als Vormontageposition betrachtet, in welcher das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 bereits grob zueinander ausgerichtet sind.
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Wie in 2 links angedeutet, ist dabei in der Vormontageposition ein Axialspiel x zwischen den beiden Plankerbverzahnungen 11 und 21 kleiner ist als die Höhe h der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21. Ist die Vormontageposition erreicht, kann also davon ausgegangen werden, dass eine Zahn-auf-Zahn-Position der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und zweiten Plankerbverzahnung 21 ausgeschlossen ist.
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In einem zweiten Schritt kann dementsprechend nach der Herstellung der Vormontageposition die Spanneinrichtung 30 gespannt werden, um den spielfreien Eingriff der ersten Plankerbverzahnung 11 und zweiten Plankerbverzahnung 21 herzustellen und dementsprechend die in 2 rechts sowie in 1 dargestellte Endmontageposition zu erreichen.
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In der Endmontageposition wird ein Eindringen von Nässe und Schmutz von außen in die Fuge zwischen der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 durch den Ring 40 zuverlässig unterbunden, wodurch der Verzahnungseingriff gegen Korrosion geschützt ist.
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Die Anordnung des Rings 40 in Bezug auf das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 sowie die Ausgestaltung desselben kann auf verschiedene Art und Weise wie nachfolgend näher erläutert vorgenommen werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anordnung des Rings 40 sowie etwaiger Eingriffsstrukturen in Bezug auf das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 grundsätzlich auch umgekehrt werden kann.
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In einer Ausführungsvariante kann wie in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellt, der Ring 40 an einem des ersten und zweiten Bauteils 10, 20 festgelegt sein, während dieser mit dem anderen des ersten und zweiten Bauteils 20, 10 über einen Rastmechanismus 41 gekoppelt ist. Anhand des Einrastens kann zuverlässig erkannt werden, dass die Vormontageposition erreicht ist, also eine Zahn- auf-Zahn-Position ausgeschlossen ist.
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Die Festlegung des Rings 40 an einem des ersten und zweiten Bauteils 10 und 20, vorliegend beispielhaft dem ersten Bauteil 10, kann durch Aufpressen, Aufkleben oder in sonstiger Weise vorgenommen sein. Vorzugsweise ist dies bereits erfolgt, bevor die beiden Bauteile 10 und 20 zum Erreichen der Vormontageposition miteinander zusammengefügt werden.
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Für den Rastmechanismus 41 können an dem Ring 40 Rastnasen 41a ausbildet sein, die an dessen Umfang verteilt angeordnet sind und die nach Überwindung eines Vorsprungs 22 am anderen Bauteil, vorliegend beispielhaft dem zweiten Bauteil 20, in eine oder mehrere Ausnehmungen 23 am anderen bzw. zweiten Bauteil 20 eingreifen.
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Eine Axialansicht eines solchen Rings 40 ist in 4 dargestellt. Dieser Ring 40 weist vorliegend drei Rastnasen 41a an seiner Innenumfangsfläche 42 auf. Die Anzahl der Rastnasen 41a kann jedoch auch kleiner oder größer als dargestellt sein. Vorzugsweise liegt die Anzahl in einem Bereich von etwa 3 bis 20.
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Entsprechend befinden sich der korrespondierende Vorsprung 22 und die korrespondierende Ausnehmung 23 an einem Außenumfangsabschnitt des zweiten Bauteils 20. Der Vorsprung 22 und die Ausnehmung 23 können dabei als durchgehend umlaufende Strukturen ausgebildet sein, so dass Winkelstellung des Rings 40 in Umfangsrichtung bei der Montage unbeachtlich ist. Es ist jedoch auch möglich, den Vorsprung 22 durch mehrere Einzelvorsprünge und/oder die Ausnehmung 23 durch mehrere Einzelausnehmungen bereitzustellen.
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In Abwandlung der dargestellten Ausführungsformen können die Rastnasen 41a jedoch statt an der Innenumfangsfläche 42 auch an einer Außenumfangsfläche 43 des Rings 40 angeordnet sein. Entsprechend befinden sich dann der Vorsprung 22 und die Ausnehmung 23 des zweiten Bauteils 20 an einem Innenumfangsabschnitt desselben.
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Wie bereits erwähnt, sind die Rastnasen 41a im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 mit Axialspiel in der oder den korrespondierenden Ausnehmungen 23 aufgenommen. Vorzugsweise beträgt bei Überwindung des Vorsprungs 22 durch die Rastnasen 41a die Überdeckung der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 30 % bis 90 % der Zahnhöhe derselben.
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Anstelle mittels Rastnasen 41a kann die Vorfixierung in der Vormontageposition analog 2 links auch über einen in diesem Teilbereich geschlitzten Ring 40 erfolgen. 5 zeigt entsprechend beispielhaft eine weitere Ausführungsvariante des Rings 40, welcher an mehreren Stellen auf dem Umfang geschlitzt ist. Dies erleichtert ein Verklemmen desselben an einem Außenumfangsabschnitt oder einem Innenumfangsabschnitt des zweiten Bauteils 20. Die Schlitze 45 sind derart positioniert, dass eine Dichtwirkung durch den Ring gewährleistet bleibt. Die Anzahl der Schlitze 45 ist in 5 mit vier dargestellt. Jedoch kann ähnlich wie bei den Rastnasen 41a deren Anzahl auch kleiner oder größer gewählt werden. Die Abstimmung erfolgt sowohl für die Rastnasen 41a als auch die Schlitze 45 derart, dass die Verbindung das Eigengewicht der miteinander zu fügenden Bauteile 10 und 20 sowie die Kräfte beim Ansetzen der Spanneinrichtung 30 zuverlässig halten kann.
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Zur Erleichterung der Montage insbesondere bei Verwendung eines Rastmechanismus 41 mit Rastnasen 41a kann der Ring 40 einen Abschnitt 44, an welchem diese Rastnasen 41a ausgebildet sind, aufweisen, welcher radial elastisch ein- und ausfederbar ist, um einen durch den Vorsprung 22 gebildeten Rastwiderstand leichter zu überwinden.
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Hierzu können auch an den Rastnasen 41a und/oder dem Vorsprung 22 ausgebildete Fasen unterstützend wirken.
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Weiterhin kann der Ring 40 eine umlaufende Dichtfläche 46 aufweisen, welche im gespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 gegen eine korrespondierende Dichtfläche 24 am anderen Bauteil, vorliegend beispielhaft dem zweiten Bauteil 20 gedrängt ist.
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Die Dichtfläche 46 am Ring 40 kann durch einen stirnseitigen Wandabschnitt desselben gebildet sein, wie dies in 1 und 2 gezeigt ist.
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Insbesondere können, wie im Rahmen des weiteren Ausführungsbeispiels gemäß 3 gezeigt, die umlaufende Dichtfläche 46 am Ring 40 und die korrespondierende Dichtfläche 24 am anderen Bauteil 20 konisch ausgebildet sein.
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Entsprechende konische Dichtflächen 46 bzw. 24 können selbstverständlich auch in den weiteren Ausführungsbeispielen sowie ferner an nicht dargestellten Ausführungsvarianten vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Fase des Vorsprungs 22 in 1 und 2 als Anlagefläche für eine ringseitig zusätzlich vorgesehene korrespondierende schräge Dichtfläche dienen.
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Der Ring 40 kann vollumfänglich aus Kunststoff gefertigt sein. Empfindliche Dichtlippen können dabei vermieden sein.
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Der vorstehend erläuterte Ring 40 ist zum einen eine Montagehilfe zur Positionierung der zu fügenden Bauteile 10, 20 unter Vermeidung einer Zahn-auf Zahn-Position. Das Fügen zum Erreichen der Vormontageposition kann in einem ersten Schritt oder Arbeitstakt erfolgen. Beim späteren Ansetzen und Spannen der Spanneinrichtung 30 in einem zweiten Schritt oder Arbeitstakt ist keine zusätzliche zusätzliches Halteeinrichtung für das in den vorliegenden Ausführungsvarianten jeweils zweite Bauteil 20 erforderlich. Die beim Spannen aufgebrachte Axialkraft liegt dabei in der Größenordnung von etwa 80kN und mehr.
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In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, die Haltekraft des Rings 40 so auszulegen, dass ein axiales Verschieben auf eine Endposition unter Ausnutzung der Spannkraft der Spanneinrichtung 30 erfolgt.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks 110 mit einer Radnabe 120 mit Radlager 150 verwendet werden, wie dies in 6 dargestellt ist.
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In Bezug auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele und Varianten ist hierbei das erste Bauteil 10 das Gleichlaufgelenk 110 und das zweite Bauteil 20 die Radnabe 120 mit dem Radlager 150, wobei der Ring 40 an dem ersten Bauteil 10 festgelegt und mit dem zweiten Bauteil 20 über die Rastnasen 41a oder im Bereich der Schlitze 45 festgelegt ist. Es ist jedoch auch möglich, den Ring 40 umgekehrt einzubauen, das heißt an dem zweiten Bauteil 20 bzw. der Radnabe 120 mit Radlager 150 festzulegen und den Bereich mit Rastnasen 41a oder Schlitzen 45 mit dem ersten Bauteil 10 bzw. Gleichlaufgelenk 110 zu koppeln. Entsprechend korrespondierende Ausnehmungen und Vorsprünge sind dann analog am ersten Bauteil 10 bzw. dem Gleichlaufgelenk 110 vorzusehen.
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Abschnitte des Radlagers 150 können in die Radnabe 120 integriert sein. Dies gilt insbesondere für einen Innenring des Radlagers 150. Es ist jedoch auch möglich, den Innenring ganz oder, wie vorliegend dargestellt teilweise als ein separates Bauteil 151 bereitzustellen. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen stützt sich ein Außenring 152 des Radlagers 150 über zwei Wälzkörperringe 153 innenseitig ab. An den Außenring 152 ist in 6 beispielhaft ein Schwenklager 160 angeflanscht.
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Die Spanneinrichtung 30 wird in 6 durch einen Spannbolzen 130 gebildet, welcher zentrisch durch die erste Plankerbverzahnung 11 am Gleichlaufgelenk 110 und die zweite Plankerbverzahnung 21 an der Radnabe hindurchgeführt ist, um die betreffenden Bauteile miteinander axial zu verspannen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel stützt sich ein Kopf 131 des Spannbolzens 130 an der Radnabe ab, während ein Gewindeabschnitt 132 des Spannbolzens 130 in eine Gewindeöffnung 12 am Gleichlaufgelenk 110, vorzugsweise einer Gelenkglocke desselben, eingeschraubt ist.
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An einem Außenumfangsabschnitt des Gleichlaufgelenk 10 ist der als Montagehilfe und Abdichtmittel vorgesehene Ring 40 festgelegt. Dieser Ring 40 ist in den 1 bis 3 zu erkennen, mit entsprechenden Gegenstrukturen an der Radnabe 120 und/oder dem Radlager 150, insbesondere dessen Innenring 151, gekoppelt.
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1 zeigt beispielhaft eine Variante, bei welcher der oben genannte Vorsprung 22 und die oben genannte Ausnehmung 23 an dem Innenring 151 des Radlagers 50/150 ausgebildet sind. Insbesondere kann hierbei der Ring 40 mit dem Innenring 151 verrastet sein und gegen diesen abdichten.
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In 1 stützt sich eine entsprechende Dichtfläche 46 des Rings 40 an einem korrespondierenden Wandabschnitt des Innenrings 151 ab. Insbesondere kann die Dichtfläche 46 bei der Montage gegen den korrespondierenden Wandabschnitt des Innenrings 151 gedrängt sein, um die Dichtwirkung zu verbessern.
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In Abwandlung hiervon kann, wie in 2 beispielhaft gezeigt, der Ring 40 im gespannten Zustand des Spannbolzens 30 axial gegen einen Dichtring 154 einer Radlagerdichtung des Radlagers 50/150 gedrängt sein und gegen diesen abdichten. Der Dichtring 154, gegen welchen sich der Ring 40 abstützt, ist in diesem Fall am Innenring 151 des Radlagers 50, gegebenenfalls auch an der Radnabe 120 feststehend angeordnet, um im Betrieb eine Relativbewegung zwischen dem Dichtring 154 und dem Ring 40 zu vermeiden.
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Weiterhin ist es möglich, wie in 3 gezeigt, unabhängig von dem Vorhandensein eines Innenrings 151 des Radlagers 50/150 Gegenstrukturen für die Ankopplung des Rings 40 unmittelbar an der Radnabe 120 auszubilden. Bei der Ausführungsvariante gemäß 3 sind entsprechend ein Vorsprung 22, eine Ausnehmung 23 und eine Dichtfläche 24 unmittelbar an das zweite Bauteil 20 angeformt, welche sie die Radnabe 120 bildet.
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Abschließend sei kurz ein Verfahren zum Fügen des Gleichlaufgelenks 110 mit einer Radnabe 120 mit Radlager 150 unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung der vorstehend erläuterten Art beschrieben. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, diese Vorgehensweise auch bei anderen Einsatzsituationen der vorstehend erläuterten Plankerbverzahnungsanordnung zum Einsatz kommen kann, wobei dann das Gleichlaufgelenk 110 als erstes Bauteil 10 und entsprechend die Radnabe 120 als zweites Bauteil 20 im obigen Sinn zu verstehen ist.
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Bei der Montage kann zunächst an dem ersten Bauteil 10 bzw. dem Gleichlaufgelenk 110 der Ring 40 festgelegt werden. Das erste Bauteil 10 bzw. das Gleichlaufgelenk 110 wird also bereits als mit dem Ring 40 versehen dem Fügeprozess zugeführt.
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In einem ersten Schritt des Fügeprozesses werden das Gleichlaufgelenk 110 und die Radnabe 120 mit dem Radlager 150 unter Verwendung des Rings 40 lose aneinander montiert. Dabei gelangen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 in einen Teileingriff, so dass sich deren Zähne bereits überlappen jedoch eine spielfreie Position noch nicht erreicht ist. In dieser Vormontageposition wird die Radnabe 120 gegenüber dem Gleichlaufgelenk 110 fixiert, so dass sich die beiden Bauteile nicht mehr ohne weiteres voneinander lösen lassen, jedoch gleichzeitig ausgeschlossen ist, dass deren Plankerbverzahnungen 11 und 21 in Zahn-auf Zahn-Position aufeinander stehen. Ein solcher Prozessschritt ist einfach handhabbar.
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In einem zweiten Schritt erfolgt hernach ein Verspannen der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 gegeneinander unter Verwendung des Spannbolzens 130. Da die Radnabe 120 bereits gegenüber dem Gleichlaufgelenk 110 vorfixiert ist, muss für diese beim Ansetzen und Verschrauben des Spannbolzens 130 keine zusätzliche Haltevorrichtung mehr vorgesehen werden. Durch das Verschrauben gelangen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 spielfrei in Anlage miteinander. Die entsprechende Verspannung wird in Abhängigkeit der zu übertragenden Drehmomente gewählt. Auch dieser Prozessschritt ist einfach handhabbar. Bei Erreichen der Montageposition dichtet der Ring 40 den Eingriff der ersten Plankerbverzahnung 11 mit der zweiten Plankerbverzahnung 21 radial nach außen ab, wird also von einer Montagehilfe zu einer Dichteinrichtung umgewandelt.
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Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung ist demontierbar, insbesondere zerstörungsfrei demontierbar. Dies ist im Kundendienstfall von Vorteil.
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Dazu kann beispielsweise der Rastmechanismus 41 derart ausgebildet sein, dass ein Lösen der Rastnasen 41a durch eine hohe Axialkraft oder ein Biegemoment möglich ist. Dazu können entsprechend angepasste Kontaktschrägen oder Fasen vorgesehen sein.
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Gleichermaßen kann bei Verwenden von Schlitzen 45 zum Klemmen die Klemmkraft so eingestellt werden, dass ein Lösen unter Überwindung der Klemmkraft möglich ist.
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Eine Methode zur Demontage, zum Beispiel im Kundendienstfall, kann auf einfache Weise wie folgt ablaufen. Die Spanneinrichtung 30 beziehungswiese der Spannbolzen 130 wird hierzu zunächst etwas gelöst, vorzugsweise derart, dass ein Teileingriff der Plankerbverzahnungen 11 und 21 erhalten bleibt. Ein Spannbolzen 130 kann dazu beispielsweise um ca. 3 bis 9 mm gelöst werden (entsprechend 2 bis 6 Umdrehungen bei einer Gewindesteigung von 1,5mm). Mit einem Schonhammer wird auf den Kopf 31 des Spannbolzens 130 geschlagen bis sich der Ring 40 im Bereich des Rastmechanismus 41 beziehungsweise der Schlitze 45 löst. Ein Fallen des Gleichlaufgelenks 110 kann durch den noch nicht komplett gelösten Spannbolzen 130 verhindert werden. Nach dem Lösen 40 des Rings kann die Spanneinrichtung 30 beziehungsweise der Spannbolzen 130 ganz herausgeschraubt werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erstes Bauteil
- 11
- erste Plankerbverzahnung
- 12
- Gewindeöffnung
- 20
- zweites Bauteil
- 21
- zweite Plankerbverzahnung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Dichtfläche
- 30
- Spanneinrichtung
- 40
- Ring
- 41
- Rastmechanismus
- 41a
- Rastnase
- 42
- Innenumfangsfläche
- 43
- Außenumfangsfläche
- 44
- Abschnitt
- 45
- Schlitz
- 46
- Dichtfläche
- 50
- Radlager
- 110
- Gleichlaufgelenk
- 120
- Radnabe
- 130
- Spannbolzens
- 131
- Kopf
- 132
- Gewindeabschnitt
- 150
- Radlager
- 151
- Innenring als ein separates Bauteil
- 152
- Außenring
- 153
- Wälzkörperring
- 154
- Dichtring des Radlagers
- 160
- Schwenklager
- h
- Zahnhöhe
- x
- Axialspiel
- A
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007057047 A1 [0005, 0011]
- DE 102005018126 A1 [0006, 0007, 0011]
- DE 102012207054 A1 [0008, 0012]
