DE10360361A1

DE10360361A1 - Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE10360361A1
Application number: DE10360361A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dipl.-Ing. Welschof
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: DE10360361B4; US7303482B2; US20050163562A1

Abstract

Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Rotationsteil 11, in dem Durchgangslöcher 13 auf einem Teilkreis 14 angeordnet sind, und einem Anschlußflansch 17, der durch die Durchgangslöcher 13 durchgesteckte, in Gewindelöcher 18 eingeschraubte Schrauben 21 aufnimmt, mittels derer das Rotationsteil 11 und der Anschlußflansch 12 drehmomentfest miteinander verschraubt sind, wobei die Schrauben 21 einen Schraubenschaft 23 und einen Gewindeabschnitt 24 haben und wobei der Durchmesser des Schaftes D1 größer ist als der Durchmesser des Gewindeabschnittes D2. In den Durchgangslöchern 13 sind radiale, den Durchschnitt verringernde Vorsprünge 15, 16 vorgesehen, die beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben 21 radial verformt werden, so daß die Schrauben 21 mit dem Schraubenschaft 23 spielfrei an den Vorsprüngen 15, 16 in den Durchgangslöchern 13 des Rotationsteils 11 anliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Rotationsteil, in dem Durchgangslöcher auf einem Teilkreis angeordnet sind, und einem Anschlußflansch, der durch die Durchgangslöcher durchgesteckte, in Gewindelöcher eingeschraubte Schrauben aufnimmt, mittels derer das Rotationsteil und der Anschlußflansch drehmomentfest miteinander verschraubt sind. Nach einem bevorzugten und häufigen Anwendungsfall, auf den hier abgezielt wird, handelt es sich bei dem Rotationsteil um das Gelenkaußenteil eines Gleichlaufdrehgelenks und bei dem Flanschteil um einen Wellenanschlußflansch, der mit dem Gelenkaußenteil zu verschrauben ist. Soweit im folgenden die Durchgangslöcher dem Gelenkaußenteil, das in der Regel die größere axiale Erstreckung hat, und die Gewindelöcher dem Anschlußflansch zugeordnet ist, muß festgestellt werden, daß eine Vertauschung dieser Zuordnungen ebenfalls möglich wäre, ohne daß sich am Gegenstand der Erfindung in der Sache etwas verändert. Zwischen dem Gelenkaußenteil und Anschlußflansch kann ein Dichtungsdeckel eingespannt sein, wenn das Gelenkaußenteil ringförmig ist, um ein sogenanntes Scheibengelenk zu bilden.
Jeglicher andere Anwendungsfall der Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung ist denkbar.
Bei bekannten drehmomentübertragenden Verbindungsanordnungen der hier genannten Art kann es zu einem Lösen der Schrauben kommen, wenn das zu übertragende Drehmoment höher ist, als das von den Reibkräften in der Flanschverbindung aufzunehmende Drehmoment. Hierbei kann es zu Bewegungen unter den Schraubenköpfen kommen, wobei sich die Schrauben lösen. Solche Bewegungen unter den Schraubenköpfen ergeben sich dann, wenn die Gleitbewegungen zwischen den Flanschflächen so groß werden, daß die Relativbewegung zwischen den Flanschteilen nicht mehr durch eine elastische Biegeverformung der Schraubenschäfte aufgefangen werden kann. Dies ist also der Fall, wenn die Gleitbewegungen zwischen den Flanschteilen dazu führen, daß die auf die Schraubenschäfte einwirkenden Biegekräfte größer sind, als die vom Schraubenkopf aufzunehmenden Reibungskräfte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung der genannten Art bereitzustellen, mit der bei einer ge- gebenen Schraubengröße das übertragbare Drehmoment erhöht werden kann bzw. bei der für ein störungsfrei übertragbares gegebenes Drehmoment eine geringere Schraubengröße verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben einen Schraubenschaft und einen Gewindeabschnitt haben, wobei der Durchmesser des Schaftes D1 größer ist als der Durchmesser des Gewindeabschnittes D2, und daß in den Durchgangslöchern radiale, den Querschnitt verringernde Vorsprünge vorgesehen sind, die beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben radial verformt werden, so daß die Schrauben mit dem Schraubenschaft spielfrei an den Vorsprüngen in den Durchgangslöchern des Rotationsteils anliegen. Mit einer Verbindungsanordnung der hiermit vorgeschlagenen Art ist es nicht länger erforderlich, das Drehmoment über das durch die Reibkräfte zwischen den miteinander verspannten Flanschflächen aufgebaute Reibmoment zu übertragen. Vielmehr kann dieses Reibmoment niedriger sein, als das maximal zu übertragende Drehmoment. Dieses Drehmoment wird erfindungsgemäß im wesentlichen über die von den Schraubenschäften aufzunehmenden Schermomente übertragen. Da hierbei die Schraubenschäfte spielfrei in den Durchgangslöchern gehalten werden, entfallen die Gleitbewegungen unter den Schraubenköpfen, so daß die Schrauben sich nicht mehr unbeabsichtigt lösen können.

Die radiale Verformung der Vorsprünge beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben kann elastisch sein. Um geringere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit zu ermöglichen, bewegt sich die radiale Verformung der Vorsprünge jedoch vorzugsweise im plastischen Bereich.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß in den Durchgangslöchern jeweils einander radial gegenüberliegende Vorsprünge vorgesehen sind, die insbesondere in Umfangsrichtung entgegengesetzt auf einer Teilkreislinie der Durchgangslöcher liegen. Hierbei reicht es, daß die Vorsprünge ausschließlich im Bereich der Austrittsöffnungen der Durchgangslöcher vorgesehen sind.

In bevorzugter Weise werden die Vorsprünge durch Materialverdrängung im Bereich der Öffnungen der Durchgangslöcher hergestellt. Ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Herstellung von solchen Materialverdrängungen in den Durchgangslöchern eines Rotationsteils umfaßt einen Stempel, der eine Anschlagplatte und eine Mehrzahl von daran befestigten Zapfen aufweist, die in Durchgangslöcher des Rotationsteils spielfrei einführbar sind, wobei an den Zapfen im Bereich ihrer Befestigung an der Anschlagplatte Vorsprünge zur Erzeugung von Materialverdrängungen in den Durchgangslöchern angeordnet sind.

Die Vorsprünge in den Durchgangslöchern müssen so dimensioniert sein, daß die Differenz zwischen dem maximalen zu übertragenden Drehmoment und dem Reibmoment in der Flanschverbindung nicht zu bleibenden Verformungen an den Vorsprüngen im Betrieb führen kann. Die Gewindelänge der Schrauben soll so gewählt werden, daß nach der vollständigen Montage der gewindefreie Schraubenschaft an den örtlichen Vorsprüngen in den Durchgangslöchern anliegt.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Umfangsbewegungen zwischen dem Rotationsteil und dem Anschlußflansch auch bei maximalem Drehmoment sehr gering werden oder gar nicht auftreten. Damit wird sichergestellt, daß keine Gleitbewegungen unter den Schraubenköpfen auftreten und keine unzulässigen Setzverluste im Schraubverband auftreten. Somit kann auch mit kleineren Schrauben eine sichere Verbindung im Verband der Verbindungsanordnung erzeugt werden. Solche kleineren Schrauben führen zwar zu geringeren Zugkräften und damit Reibungskräften zwischen den Flanschen. Sie haben aber ausreichende Reserven bezüglich der Schwerbelastbarkeit, um die zuvor genannten Verluste zu kompensieren. Die Schrauben können aus vergütetem Stahl bestehen; ihre Gewinde können gerollt sein.

Geringe Mehrkosten für die Herstellung der Vorsprünge bzw. Erhebungen durch einen entsprechenden Umformvorgang stehen als Vorteil deutlich geringe Kosten für Schrauben geringerer Größe sowie für kleinere Rotationsteile und Anschlußflansche gegenüber.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend beschrieben.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung

a) in Axialansicht vor dem Eindrehen der Verbindungsschrauben
b) in radialer Ansicht mit Teilschnitt nach dem Eindrehen der Verbindungsschrauben;

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Stempelwerkzeug

a) in axialer Ansicht
b) in radialer Ansicht;

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Rotationsteil

a) in axialer Ansicht
b) im Schnitt S-S;

4 zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung im Längsschnitt.
In 1 ist ein Rotationsteil 11 gezeigt, das hier als Außenteil eines Gleichlaufdrehgelenks ausgebildet ist und über dem Umfang verteilt Kugelbahnen 12 zur Aufnahme drehmomentübertragender Kugeln aufweist. In dem Rotationsteil sind weiterhin Durchgangslöcher 13 zum Einstecken von Schrauben vorgesehen. Diese Durchgangslöcher haben im wesentlichen auf dem Teilkreis 14 für die Durchgangslöcher angeordnete sich gegenüberliegende nach innen gerichtete Vorsprünge 15, 16, die den freien Durchmesser der Durchgangslöcher 13 reduzieren. Mit dem Rotationsteil 11 ist ein Flansch 17 verbunden, in dem Gewindebohrungen 18 vorgesehen sind. Am Flansch 17 ist ein Zentrierbund 19 ausgebildet, der das Rotationsteil 11 zu Zwecken der gegenseitigen Zentrierung übergreift. Am Flansch 17 ist eine Welle 20 angeformt. Wie im Teilschnitt B-A zu erkennen ist, sind in die Gewindelöcher 18 durch die Durchgangslöcher 13 durchgesteckte Schrauben 21 eingeschraubt, die einen Schraubenkopf 22, einen Schraubenschaft 23 und einen Gewindeabschnitt 24 umfassen. Unter den Schraubenkopf ist ein Scheibe 25 unterlegt. Der Durchmesser D1 des Schaftes ist erfindungsgemäß größer als der Außendurchmesser D2 des Gewindeabschnittes. Weiterhin ist der Durchmesser D3 der Durchgangsbohrung 13 deutlich größer als der Durchmesser D1 des Schraubenschaftes. Durch die inneren Vorsprünge 15, 16, die beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben elastisch oder plastisch verformt werden, ist jedoch das Rotationsteil 11 spielfrei auf den eingedrehten Schrauben 21 gegenüber dem Flansch 17 gehalten.
In 2 ist ein ringförmiger Stempel 41 mit einer Grundplatte 42 und einer Mehrzahl von Zentrierstempeln 43 gezeigt, wobei die Zentrierstempel 43 im wesentlichen spielfrei in die Durchgangslöcher 13 des Rotationsteils 11 nach 1 eingeführt werden können. Im Fußbereich der Zentrierstempel 43 sind sich im wesentlichen gegenüberliegende Formvorsprünge 45, 46 erkennbar, die über den Durchmesser der Zentrierstempel 43 hinausreichen. Die Formvorsprünge liegen im allgemeinen auf einem Teilkreis 44 für die Zentrierstempel 43. Beim Einführen der Zentrierstempel 43 in die Durchgangsbohrungen 13 bis zum Anschlag der Anschlagplatte 42 an der flanschseitigen Stirnfläche des Rotationsteils 11 drücken sich die Vorsprünge 45, 46 derart in die Durchgangsbohrungen 13, daß Material in Richtung der Lochachse verdrängt wird, so daß infolge plastischer Verformung die Aufwertungen 15, 16 in den Durchganglöchern 13 entstehen.
In 3 ist ein Rotationsteil 11 in Form eines Gelenkaußenteils eines VL-Verschiebegelenks gezeigt. Dieses weist über dem Umfang abwechselnd schräg zur Längsachse verlaufende Kugelbahnen 12 zur Aufnahme drehmomentübertragender Kugeln auf. In dem Rotationsteil sind weiterhin Durchgangslöcher 13 zum Einstecken von Schrauben vorgesehen. Diese Durchgangslöcher haben im wesentlichen auf dem Teilkreis 14 für die Durchgangslöcher angeordnete sich gegenüberliegende nach innen gerichtete Vorsprünge 15, 16, die den freien Durchmesser der Durchgangslöcher reduzieren.
In 4 ist ein Gleichlaufdrehgelenk 51 im Längsschnitt gezeigt, das im wesentlichen aus einem Gelenkaußenteil 11, einem Gelenkinnenteil 31, einem Kugelkäfig 32 sowie in dieser Darstellung nicht erkennbaren drehmomentübertragenden Kugeln besteht. Das Gelenkaußenteil 11 ist über eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung mit einem Flansch 17 verschraubt, dem über eine Glocke 52 ein Wellenzapfen 53 angeformt ist. In das Gelenkinnenteil 31 ist eine Welle 33 eingesteckt. Mit der Schraubverbindung ist zugleich ein Ringdeckel 34 mit dem Gelenkaußenteil 11 verbunden, auf dem ein Faltenbalg 35 festgelegt ist, der das Gelenk gegenüber der Welle 33 abdichtet. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung umfaßt in Gewindelöcher 18 im Anschlußflansch 17 eingedrehte Schrauben 21, die durch die Durchgangslöcher 13 im Gelenkaußenteil 11 durchgesteckt sind und deren Schraubenkopf 22 jeweils auf Scheiben 25 aufliegt. Die erfindungsgemäßen Vorsprünge in den Durchgangslöchern 13 liegen vorzugsweise an deren Austritt auf Seiten des Flansches 17.

11: Rotationsteil
12: Kugelbahn
13: Durchgangsloch
14: Teilkreis
15: Vorsprung
16: Vorsprung
17: Anschlußflansch
18: Gewindeloch
19: Zentrierbund
20: Anschlußwelle
21: Schraube
22: Schraubenkopf
23: Schraubenschaft
24: Gewindeabschnitt
25: Unterlegscheibe
31: Gelenkinnenteil
32: Kugelkäfig
33: Welle
34: Ringkappe
35: Faltenbalg
41: Stempel
42: Anschlagplatte
43: Zentrierstift
44: Teilkreis
45: Vorsprung
46: Vorsprung
51: Gleichlaufdrehgelenk
52: Glocke
53: Wellenzapfen

Claims

Verbindungsanordnung zur Drehmomentübertragung zwischen einem Rotationsteil (11), in dem Durchgangslöcher (13) auf einem Teilkreis (14) angeordnet sind, und einem Anschlußflansch (17), der durch die Durchgangslöcher (13) durchgesteckte, in Gewindelöcher (18) eingeschraubte Schrauben (21) aufnimmt, mittels derer das Rotationsteil (11) und der Anschlußflansch (12) drehmomentfest miteinander verschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (21) einen Schraubenschaft (23) und einen Gewindeabschnitt (24) haben, wobei der Durchmesser des Schaftes D1 größer ist als der Durchmesser des Gewindeabschnittes D2, und daß in den Durchgangslöchern (13) radiale, den Querschnitt verringernde Vorsprünge (15, 16) vorgesehen sind, die beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben (21) radial verformt werden, so daß die Schrauben (21) mit dem Schraubenschaft (23) spielfrei an den Vorsprüngen (15, 16) in den Durchgangslöchern (13) des Rotationsteils (11) anliegen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15, 16) beim Einstecken bzw. Eindrehen der Schrauben zumindest elastisch, vorzugsweise auch plastisch verformt werden.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchgangslöchern (13) jeweils einander radial gegenüberliegende Vorsprünge (15, 16) vorgesehen sind, die insbesondere in Umfangsrichtung entgegengesetzt auf einer Teilkreislinie (14) der Durchgangslöcher (13) liegen.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15, 16) ausschließlich im Bereich der Austrittsöffnungen der Durchgangslöcher (13) vorgesehen sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15, 16) durch Materialverdrängungen im Bereich von Stirnflächen des Rotationsteils (11) hergestellt sind.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (21) aus vergütetem Material hergestellt sind.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (24) der Schrauben (21) gerollt ist.
Werkzeug zur Herstellung von Materialverdrängungen in Durchgangslöchern eines Rotationsteils, umfassend einen Stempel (41), der eine Anschlagplatte (42) und eine Mehrzahl von daran befestigten Zapfen (43) aufweist, die in Durchgangslöcher des Rotationsteils spielfrei einführbar sind, wobei an den Zapfen (43) im Bereich ihrer Befestigung an der Anschlagplatte (42) Vorsprünge (45, 46) zur Erzeugung von Materialverdrängungen in den Durchgangslöchern angeordnet sind.