DE10336118B4

DE10336118B4 - Wellenverbindung und Verfahren zur Herstellung und zur Demontage

Info

Publication number: DE10336118B4
Application number: DE2003136118
Authority: DE
Inventors: Heinzwilli Fuchs; Werner Dipl.-Ing. Krude
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: DE10336118A1; WO2005024258A1

Abstract

Wellenverbindung zwischen einer Hohlwelle (12), die an einem Ende mit einer inneren Wellenverzahnung (14) versehen ist, und einer Steckwelle (13), die an einem Ende mit einer äußeren Wellenverzahnung (19) versehen ist, wobei zwischen den Wellen (12, 13) Axialsicherungsmittel (22) wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der Hohlwelle (12) mit axialem Abstand vom Wellenende erste Kraftangriffsmittel (K1) für Axialkräfte angeordnet sind und daß außen auf der Steckwelle (13) mit Abstand von der äußeren Wellenverzahnung (19) zweite Kraftangriffsmittel (K2) für Axialkräfte angeordnet sind, wobei bei montierter Wellenverbindung ein axialer Abstand zwischen den ersten und zweiten Kraftangriffsmitteln (K1, K2) besteht, wobei die axiale Länge L1 über die Wellenenden der Wellen (12, 13) gemessen kleiner ist, als die axiale Länge L2 außen über die Kraftangriffsmittel (K1, K2) gemessen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung zwischen einer Hohlwelle, die an einem Ende mit einer inneren Wellenverzahnung versehen ist, und einer Steckwelle, die an einem Ende mit einer äußeren Wellenverzahnung versehen ist, wobei zwischen den Wellen Axialsicherungsmittel z.B. in Form eines Sprengrings wirksam angeordnet sind. Ein bevorzugter Anwendungsfall einer derartigen Wellenverbindung liegt im Bereich von Seitenwellen oder Längsantriebswellen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen. Hierbei betrifft die Erfindung insbesondere die Verbindung von differentialseitigen Drehgelenken mit den Rohrwellen der Seitenwellen oder der Längsantriebswelle.

Aus der DE 197 04 729 A1 ist es bekannt, als Ausgangswelle im Differentialgetriebe eine Hohlwelle zu verwenden, die innen durch einen Deckel abgedichtet wird, und einen Steckzapfen am Gelenkaußenteil, der eine äußere Wellenverzahnung trägt, in eine innere Wellenverzahnung in der Hohlwelle einzustecken, wobei die gegenseitige Axialsicherung durch einen Sprengring hergestellt wird. Besondere Mittel zur Erleichterung der Montage oder Demontage sind hierbei nicht vorgesehen.

Aus der DE 201 19 485 U1 ist eine zweiteilige Rohrmuffe zur abdichtenden Verbindung zweier Rohrleitungsstücke bekannt. Hierbei sind die Enden der Rohrleitungsstücke in die Muffenstücke eingeschoben und mit elastischen Dichtungen gegenüber diesen abgedichtet. Die beiden Muffenstücke weisen einen innenkugelschaligen Aufnahmeabschnitt bzw. einen außenkugelschaligen Einsteckabschnitt auf, die miteinander verrastbar sind. Zu Montagezwecken weist jedes der Muffenstücke außen eine umlaufende Nut auf, in die zwei Kolbenzylinderanordnungen formschlüssig eingreifen können, um die Rastverbindung zwischen den Muffenstücken herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenverbindung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die leichter montierbar und demontierbar ist, vorzuschlagen. Die Lösung hierfür liegt in einer Wellenverbindung zwischen einer Hohlwelle, die an einem Ende mit einer inneren Wellenverzahnung versehen ist, und einer Steckwelle, die an einem Ende mit einer äußeren Wellenverzahnung versehen ist, wobei zwischen den Wellen Axialsicherungsmittel in Form eines Sprengrings vorgesehen sind, wobei außen auf der Hohlwelle mit axialem Abstand vom Wellenende erste Kraftangriffsmittel für Axialkräfte angeordnet und und wobei außen auf der Steckwelle mit Abstand von der äußeren Wellenverzahnung zweite Kraftangriffsmittel für Axialkräfte angeordnet sind, wobei bei montierter Wellenverbindung ein axialer Abstand zwischen den ersten und zweiten Kraftangriffsmitteln besteht, wobei die axiale Länge L1 über die Wellenenden gemessen, d. h. die axiale Überdeckung der beiden Wellen, kleiner ist, als die axiale Länge L2 außen über die Kraftangriffsmittel K1, K2 gemessen. Für die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftangriffsmittel werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen.

Nach einer ersten Möglichkeit ist vorgesehen, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel aus einer äußeren Rechtecknut mit einem darin eingesetzten Rechtecksicherungsring besteht. Eine weitere Möglichkeit geht dahin, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel aus einer offenen Rechtecknut besteht. Schließlich besteht eine weitere Möglichkeit darin, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel aus einem äußeren Rechteckbund besteht.

In bevorzugter Ausführung ist vorzuschlagen, daß vor der Montage der Wellenverbindung die axiale Länge L außen über die Kraftangriffsmittel K1, K2 gemessen größer ist, als die Summe der Längen L1 + L2 an der montierten Wellenverbindung.

Die Anwendung umfaßt die folgenden Schritte:

– Verfahren zur Herstellung und zur Demontage einer Wellenverbindung zwischen einer Hohlwelle, die an einem Ende mit einer inneren Wellenverzahnung versehen ist, und einer Steckwelle, die an einem Ende mit einer äußeren Wellenverzahnung versehen ist,
– wobei zwischen den Wellen Axialsicherungsmittel in Form eines Sprengrings vorgesehen sind,
– wobei außen auf der Hohlwelle mit axialem Abstand vom Wellenende erste Kraftangriffsmittel K1 für Axialkräfte angeordnet werden,
– und wobei außen auf der Steckwelle mit Abstand von der äußeren Wellenverzahnung zweite Kraftangriffsmittel K2 für Axialkräfte angeordnet werden,
– wobei bei montierter Wellenverbindung ein axialer Abstand zwischen den ersten und zweiten Kraftangriffsmitteln K1, K2 eingehalten wird,
– und wobei zur Herstellung der Wellenverbindung und zur Demontage der Wellenverbindung Axialkräftepaare von außen bzw. von innen auf die Kraftangriffsmittel K1, K2 ausgeübt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend erklärend beschrieben.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in montiertem Zustand;

2 zeigt einen Teil eines Antriebsstranges mit einer erfindungsgemäßen Wellenverbindung;

3 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung nach 1 mit Mitteln zur Montage und Demontage in einer ersten Ausführung

a) demontiert vor der Montage
b) montiert vor der Demontage;

4 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung nach 1 mit Mitteln zur Montage und Demontage in einer zweiten Ausführung

a) demontiert vor der Montage
b) montiert vor der Demontage;

5 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer zweiten Ausführung;

6 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer dritten Ausführung;

7 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer vierten Ausführung;

8 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer fünften Ausführung.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in der montierten Konfiguration dargestellt.

An eine Hohlwelle 12 sind die folgenden Einzelheiten bezeichnet:
innere Wellenverzahnung 14, Rechtecknut 16 und Rechteckring 17.

An einer Steckwelle 13 sind folgende Einzelheiten hervorgehoben:
äußere Wellenverzahnung 19, Zylinderende 20, Ringnut 21 und Sprengring 22; weiterhin Rechtecknut 23 und Rechteckring 24.

Die genannten inneren und äußeren Wellenverzahnungen 14, 19 greifen drehfest ineinander, wobei der Sprengring 22 hinter das Ende der inneren Wellenverzahnung greift. Gemäß den im einzelnen eingezeichneten Bemessungsangaben soll die Länge L1 das Maß zwischen den Stirnflächen der montierten Wellen, also die Überdeckung der Wellen, und die Länge L2 das Maß über die äußeren Kraftangriffsflächen der Kraftangriffsmittel für Axialkräfte bei montierter Wellenverbindung gemessen sein. Wie bereits erwähnt, gilt vorzugsweise, wenn auch nicht notwendig, die Beziehung L2 > L1.

In 2 ist ein Achsdifferentialgetriebe 41 eines Kraftfahrzeuges in einer Ansicht von hinten mit zwei angeschlossenen Seitenwellen 42, 43 gezeigt. Die vorne liegende Differentialeingangsseite ist nicht zu erkennen. Am Differentialgetriebe ist ein Stellmotor 44 zur Steuerung einer Differentialsperre erkennbar. An der rechten Seitenwelle 43 ist ein innenliegendes Drehgelenk 45 und ein außenliegendes Drehgelenk 46 erkennbar, die über ein Wellenrohr 47 miteinander verbunden sind. In das Wellenrohr ist ein Anschlußzapfen 48 des innenliegenden Drehgelenks eingesteckt. Auf dem Wellenrohr 47 ist ein erstes Kraftangriffsmittel K1 und auf dem Anschlußzapfen 48 ein zweites Kraftangriffsmittel K2 ausgebildet.

In 3 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung bestehend aus einer Hohl welle 12 und einem Wellenzapfen 13

a) demontiert vor der Montage
b) montiert vor der Demontage

gezeigt. Daneben sind Werkzeuge W1, W2 gezeigt, deren Aufbau und Funktion noch erklärt wird. Die Hohlwelle 12 weist am rechten Ende eine innere Wellenverzahnung 14 mit Anlaufschrägen 18 auf und ist am Ende der Wellenverzahnung mit einem Absatz oder einer Eindrehung 15 zum sichernden Aufnehmen eines Sprengrings versehen. Mit größerem axialen Abstand vom Ende der Hohlwelle 12 als die genannte Eindrehung 15 befindet sich auf der Außenseite der Hohlwelle eine Rechtecknut 16, in die ein Rechteckring 17 eingesetzt ist. Die Kombination dieser konstruktiven Merkmale bildet die Angriffsmittel für Axialkräfte, die vom Werkzeug W1 ausgeübt werden können. Am linken Ende der Steckwelle 13 ist eine Wellenverzahnung 19 ausgebildet, die passend zur Wellenverzahnung 14 ausgebildet ist, d. h. die Wellenverzahnungen 14 und 19 sind zumindest unter Aufbringung von Axialkräften über ihre gesamte Länge miteinander in Eingriff zu bringen. Am Ende der Steckwelle 13 ist ein Zylinder 20 mit einer Umfangsnut 21 angesetzt, in die ein Sicherungsring 22 mit rundem Querschnitt eingesetzt ist. Dieser Sprengring hat in der Umfangsnut 21 ausreichend Radialspiel, um sich bei einem gegenseitigen Ineinanderschieben von Steckwelle und Hohlwelle an den Anlaufschrägen 18 der Wellenverzahnung 14 so zusammenzudrücken, daß er auf die Zahnköpfe der Wellenverzahnung 14 gleiten kann und nach Erreichen der Eindrehung 15 sich zur axialen Sicherung der beiden Teile gegeneinander radial entspannen und in die Eindrehung 15 eintreten kann. An der Steckwelle 13 ist weiterhin mit Abstand zur Wellenverzahnung 19 eine Rechtecknut 23 ausgeführt, in die ein Rechteckring 24 eingesetzt ist. Die genannten baulichen Merkmale bilden Angriffsmittel für Axialkräfte des Werkzeuges W2. Die Werkzeuge W1, W2 bilden bevorzugt über dem Umfang teilbare Backen, damit sie wahlweise zu beiden Seiten der Kraftangriffsmittel für Axialkräfte angesetzt werden können.

In Darstellung a werden die Werkzeuge jeweils auf der den Wellenverzahnungen gegenüberliegenden Seite angesetzt, wobei anschießend axiale Kräftepaare F1, F2 auf die Werkzeuge und damit auf die Wellen 12, 13 ausgeübt werden. Hierbei sind die Verzahnungen zunächst bei geringen Kräften sorgfältig ineinander einzuführen und anschließend die notwendigen Axialkräfte zum Zusammendrücken des Sprengringes 22 an den Anlaufschrägen 18 und das Einführen der Wellenverzahnungen ineinander gegebenenfalls unter Preßsitz zu bewerkstelligen. Die Länge L außen über die Kraftangriffsmittel gemessen ist größer gleich der Summe der Längen L1 + L2 gemäß 1.

In Darstellung b sind die Werkzeuge W1, W2 bei bereits montierter Wellenverbindung jeweils innenliegend in Bezug auf die Kraftangriffsmittel für Axialkräfte angesetzt. Durch Aufbringen von Kräftepaaren F1', F2' auf die Werkzeuge W1, W2 können die Wellen 12, 13 axial demontiert werden, wobei die Kräfte groß genug sein müssen, um den Sprengring 22 radial zusammenzudrücken und die gegebenenfalls kraftschlüssig ineinandersitzenden Wellenverzahnungen 14, 19 auseinander zu ziehen. Die Werkzeuge W1, W2 können sich jeweils einzeln an einer externen Lagerstelle abstützen; bevorzugt ist es, wenn sich die Werkzeuge W1, W2 z. B. nach Art eines Abziehers bzw. Abdrückers unmittelbar aneinander abstützen, wobei mit dem einen der Werkzeuge eine stehend gehaltene Spindel und mit dem anderen der Werkzeuge Spindelmuttern verbunden sind.

In 4 sind gleiche Einzelheiten wie in 3 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Auf die vorangehende Beschreibung wird insoweit Bezug genommen. Abweichend von 1 ist die Ausführung der Werkzeuge W1, W2 so angelegt, daß sie jeweils Paare von Backen aufweisen, die voneinander einen axialen Abstand a1, a1 haben, wobei dieser Abstand größer ist, als die jeweilige axiale Dicke der Kraftangriffsmittel für die Axialkräfte an den Wellen 12, 13. Hiermit können die Werkzeuge die Kraftangriffsmittel axial einschließen, so daß ohne ein Umsetzen der Werkzeuge sowohl nach Darstellung a die Montage der Wellen 12, 13 als auch nach Darstellung b die Demontage der Wellen 12, 13 erfolgen kann. Zum Ansetzen der Werkzeuge sind auch hier die Backenpaare über dem Umfang geteilt. Die Backenpaare können untereinander jeweils starr gegeneinander abgestützt ein.

In 5 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung ähnlich der in 3 gezeig ten in abgewandelter Ausführung dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 3 belegt. Die ersten Kraftangriffsmittel K1 an der Welle 12 sind abweichend jedoch als Umfangsnut 26 und die Kraftangriffsmittel K2 der Welle 13 als Umfangsnut 33 ausgeführt. Die Längen L1, L2 sind in gleicher Bedeutung wie in 1 eingetragen.

In 6 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung ähnlich der in 3 gezeigten in abgewandelter Ausführung dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 3 belegt. Die ersten Kraftangriffsmittel K1 an der Welle 12 sind abweichend jedoch als Ringbund 27 mit radialen Stirnflächen und die Kraftangriffsmittel K2 der Welle 13 als Ringbund 34 mit radialen Stirnflächen ausgeführt. Die Längen L1, L2 und L3 sind in gleicher Bedeutung wie in 3 eingetragen.

In 7 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung ähnlich der in 3 gezeigten in abgewandelter Ausführung dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 3 belegt. Abweichend von 4 sind hierbei jedoch die Ringnuten 16, 23 nicht mit Sicherungsringen bestückt, sondern dienen unmittelbar als erste und zweite Kraftangriffsmittel K1, K2.

In 8 ist eine erfindungsgemäße Wellenverbindung ähnlich der in 3 gezeigten in abgewandelter Ausführung dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 3 belegt. Abweichend von der Darstellung in 4 ist anstelle einer Umfangsnut ein Ringbund 34 als zweites Kraftangriffsmittel K2 an der Steckwelle 13 vorgesehen.

11: Wellenverbindung
12: Hohlwelle
13: Steckwelle
14: innere Wellenverzahnung
15: Eindrehung
16: Rechtecknut
17: Rechteckring
18
19: äußere Wellenverzahnung
20: Zylinderansatz
21: Ringnut
22: Sprengring
23: Rechtecknut
24: Rechteckring
25
26: Rechtecknut
27: Rechteckbund
33: Rechtecknut
34: Rechteckbund
41: Getriebe
42: Seitenwelle
43: Seitenwelle
44: Stellmotor
45: Drehgelenk
46: Drehgelenk
47: Wellenrohr
48: Gelenkzapfen
W1: Werkzeug
W2: Werkzeug
F1: Kraft
F2: Kraft
K1: Kraftangriffsmittel
K2: Kraftangriffsmittel
L1: Länge über Wellenenden
L2: Länge über Kraftangriffsmittel nach Montage
L: Länge über Kraftangriffsmittel vor Montage

Claims

Wellenverbindung zwischen einer Hohlwelle (12), die an einem Ende mit einer inneren Wellenverzahnung (14) versehen ist, und einer Steckwelle (13), die an einem Ende mit einer äußeren Wellenverzahnung (19) versehen ist, wobei zwischen den Wellen (12, 13) Axialsicherungsmittel (22) wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der Hohlwelle (12) mit axialem Abstand vom Wellenende erste Kraftangriffsmittel (K1) für Axialkräfte angeordnet sind und daß außen auf der Steckwelle (13) mit Abstand von der äußeren Wellenverzahnung (19) zweite Kraftangriffsmittel (K2) für Axialkräfte angeordnet sind, wobei bei montierter Wellenverbindung ein axialer Abstand zwischen den ersten und zweiten Kraftangriffsmitteln (K1, K2) besteht, wobei die axiale Länge L1 über die Wellenenden der Wellen (12, 13) gemessen kleiner ist, als die axiale Länge L2 außen über die Kraftangriffsmittel (K1, K2) gemessen.
Wellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel (K1, K2) aus einer äußeren Rechtecknut (16, 23) mit einem darin eingesetzten Rechtecksicherungsring (17, 24) besteht.
Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel (K1, K2) aus einer offenen Rechtecknut (16, 26, 23, 33) besteht.
Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kraftangriffsmittel (K1, K2) aus einem äußeren Rechteckbund (27, 34) besteht.
Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Montage der Wellenverbindung die axiale Länge L außen über die Kraftangriffsmittel (K1, K2) gemessen größer ist, als die Summe der Längen L1 + L2 an der montierten Wellenverbindung.
Verwendung einer Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zwischen einem Getriebehohlzapfen und einem Steckzapfen eines Drehgelenks einer Seitenwelle oder Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeuges.
Verwendung einer Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zwischen einem Getriebesteckzapfen und einem Hohlzapfen eines Drehgelenks einer Seitenwelle oder Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeugs.
Verwendung einer Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zwischen einem Steckzapfen eines Drehgelenks und dem Wellenrohr einer Seitenwelle oder Längsantriebswelle eines Kraftfahrzeugs.