DE2921352A1

DE2921352A1 - Elastischer ring zur festlegung von gerillten oder gezahnten bauteilen

Info

Publication number: DE2921352A1
Application number: DE19792921352
Authority: DE
Inventors: Michel Francois Rigal
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-12-06
Also published as: FR2427506B1; FR2427506A1; US4261668A

Description

1. SOCIETE ANONYME AUTOMOBILES CITROEN, Paris

2. AUTOMOBILES PEUGEOT, Paris

Frankreich

Elastischer Ring zur Festlegung von gerillten oder

gezahnten Bauteilen

Die Erfindung bezieht sich auf jede Kupplung von zwei Bauteilen, wie z. B. einer Welle und einem Buchsenteil, durch Verzahnungen oder Rillen, die durch Gleiten zusammengesetzt und axial durch einen Ring, d. h. einen elastischen geschlitzten Ring, festgelegt werden, der teilweise in einer Nut wenigstens eines der beiden Bauteile angeordnet ist.

Wenn diese Nuten am Ort der Verzahnungen oder der Rillen ausgebildet sind, werden ihre Flanken durch diese gekerbt; infolgedessen ist die Zone ihres Kontakts mit den Seitenflächen des Ringes diskontinuierlich und von verringerter Oberfläche, und die möglichen Axialkräfte zwischen der Welle und dem Buchsenteil führen in dieser Zone zu Kontaktdrücken, bei denen die Gefahr besteht,daß sie übermäßig sind und den Ring beschädigen^ insbesondere wenn wenigstens das eine der gekuppelten Bauteile aus einem sehr harten Werkstoff hergestellt ist, was beispielsweise in Getriebekardangelenken der Fall ist, wo ein Laufbahnen für die rollenden Elemente aufweisender Körper ein mit einer Welle verbundenes Buchsenteil darstellt.

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Eine Beschädigung der Seitenflächen des Ringes stellt einen erheblichen Nachteil im Fall der Kupplungen dar, wo die eine der Nuten eine Flanke aufweist, die derart geneigt ist, um auf den Ring eine Radialstoßwirkung auszuüben, wenn entgegengesetzte Axialkräfte auf die Welle und auf das Buchsenstück einwirken, wobei diese Radialstoßkraft bei einem genügend hohen Wert der Axialkräfte genügt, um den Ring elastisch zu deformieren, bis. er aus der Nut mit geneigter Flanke herausgezogen wird, wodurch die axiale Lösung der Welle und des Buchsenstücks erreicht wird. Das Gleiten des Ringes auf der eingekerbten geneigten Flanke der Nut ist in Gefahr, bei diesem Demontiervorgang behindert zu v/erden, wenn seine Seitenflächen leicht oberflächlich durch Eindrücke infolge Bearbeitungsriefenkontakts der Nutflanken deformiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der genannten Nachteile den Ring aus einem Werkstoff auszubilden, der ihm nicht nur die erforderliche Elastizität für seine Einführung durch Deformation in die Nut oder Nuten, sondern auch eine ausreichend hohe Härte verleiht, daß seine Seitenflächen durch die gekerbten Nutflanken nicht beschädigt werden.

Die Ringe werden üblicherweise aus einem sog. Federstahl, d. h. mit einem ziemlich hohen Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,6 bis 0,7 %,.hergestellt, der ausreichende Elastizitätseigenschaften aufweist, jedoch läßt sich seine unzureichende Härte durch Abschreckwärmebehandlung mit nachfolgendem Anlassen nur zum Nachteil seiner Kerb- ?chlagZähigkeit, d. h. unter Erhöhung seiner Sprödigkeit verbessern.

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Die .weichen Stähle - mit einem Kohlenstoffgehalt von nahe 0,1 % - weisen andererseits eine gute Duktilität, die eine leichte spanlose Verformung solcher Bauteile wie der Ringe ermöglicht, und eine Kerbschlagzähigkeit auf, die nach oberflächlicher Härtung durch Zementierung ausreichend bleibt, die aus seiner Anreicherung an Kohlenstoff bis in eine geringe Tiefe besteht, um ihn anschließend einer Wärmeabschreckung zu unterwerfen. Eine solche Härtung an der gesamten Oberfläche des Ringes verschafft ihm die erforderliche Elastizität, doch ist die Oberflächenhärte (etwa 800 Vickers) nicht ausreichend, um die starken Kontaktdriicke mit den angrenzenden Bauteilen auszuhalten, die ihrerseits aus sehr hartem Stahl bestehen. Außerdem erfolgt das Abschrecken nach der Zementierung von sehr hoher Temperatur, nämlich etwa 850 C, was zu einem erheblichen Wärmeenergieaufwand führt und die Gefahr bringt, unannehmbare Verformungen der behandelten Bauteile zu verursachen.

Andererseits ist es bekannt, daß eine Nitrierungsbehandlung bei weniger hoher Temperatur, nämlich etwa 550 C, erfolgt und eine stärkere Oberflächenhärtung (etwa 300 bis 1000 Vickers) liefert; da diese Nitrierung bei einem mit Nickel und/oder Chrom legierten Stahl leichter und wirksamer durchführbar ist, sieht die Erfindung die Anwendung einer solchen Behandlung auf Ringe vor, die aus einem nichtrostendem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt des austenitischen Typs und mit hohem Nickel- und/oder Chromgehalt hergestellt sind, um gleichzeitig duktil und von ausreichender mechanischer Festigkeit zu sein.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist daher eine Kupplung durch Verzahnungen oder Rillen zweier axial durch einen elastischen geschlitzten Ring festgelegter Bauteile. , der teilweise in einer Nut wenigstens

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eines der beiden Bauteile aufgenoiranen ist, wobei die Nutflanken durch die Verzahnungen oder Rillen gekerbt sind, mit dem Kennzeichen,daß der Ring aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt des austenitischen Typs und mit starkem Nickel- und/oder Chromgehalt, der nachher oberflächlich durch Nitrierung gehärtet ist, besteht.

Vorzugsweise besteht der Ring aus einem Stahl, dessen Gehalte an Kohlenstoff, Nickel und Chrom etwa 0,06 % bzw. 8-1O % bzw. 18 % betragen.

Zwei besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 und 4 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 im Teilschnitt die Kupplung eines kreisförmigen Bauteils in einem zylindrischen Bauteil, das ein drehbares Organ zur Drehzahländerung sein kann;

Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß II des zylindrischen Bauteils nach Fig. 1;

Fig. 3 im Axialteilschnitt ein Getriebegelenk mit einem Ring zur Axialfestlegung an der Welle mit schneller Demontage; und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Teils der Fig. 3 in der Zone des Festlegungsringes in größerem Maßstab.

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Das Beispiel nach Fig. 1 bezieht sich auf eine in der FR-PS 2 296 118 beschriebene Vorrichtung. Das kreisförmige Bauteil 1 wird durch Rillen 2 mit einem zylindrischen Bauteil 3 gekuppelt; ihre axiale Festlegung wird durch einen Ring 4 (geschlitzten Ring) gesichert, der ausreichend elastisch ist, um durch Verformung beim Zusammenbau durch Gleiten der beiden Bauteile in die Nut 5 eingeführt zu werden. Da diese im Bereich der Rillen bearbeitet ist, sind ihre Flanken derart gekerbt, daß die Kontaktzone mit dem Ring 4 auf kreisförmige Teile wie 6A, 6B beschränkt ist, die in Fig.2 sichtbar sind. Wenn erhebliche Axialkräfte, die durch eine FederJ7 schematisiert sind, zwischen den Bauteilen 1 und 2 einwirken und besonders wenn diese Kräfte ungleichmäßig und veränderlich verteilt sind, was insbesondere auf ihre einer Wechselbewegung eines wie in der genannten Patentschrift beschriebenen Scheibenreglers ausgesetzte Exzentrizität zurückzuführen ist, besteht die Gefahr, daß die Kontaktdrücke in den Zonen 6A, 6B nach und nach den Ring durch Beschädigung seiner Seitenfläche 4A verschlechtern. Ebenso ist es mit seiner anderen Seitenfläche 4B im Axialdruckkontakt mit der äußeren konischen Fläche 1A des gerillten Teils des kreisförmigen Bauteils 1.

Das in Fig. 3 dargestellte Getriebegelenk weist einen elastischen Ring 8 auf, der auf einer gezahnten Welle 9 axial ein Element 10 festlegt, das Rollbahnen 1OA aufweist, die mit Kugeln 11 zusammenwirken. Der Ring ist teilweise in einer Nut 12 der Welle 9 und in einer ringförmigen Ausnehmung 13 .des Elements 10 angebracht. Die Nut 12 ist tief genug, um den beim Montieren durch Gleiten des Elements

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auf die Welle 9 zusammengedrückten Ring 8 völlig aufzunehmen. Die Tiefe der Ausnehmung 13 ist bemessen, damit der Ring 8 mit seinem Umfang in Radialanlaae am Boden 13A der Ausnehmung 13 ist, während seine Seitenflächen mit den Flanken der Nut und der Ausnehmung zusammenwirken. Die Ausnehmung 13 weist wenigstens eine Flanke 13B auf, die an der anderen Seite des Ringes 8 als das Ende 9A der Welle 9 liegt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsart, wo die Ausnehmung eine Nut bildet, doch könnte sie als Variante nur die Flanke 13B und den Boden 13A aufweisen und direkt an der Fläche 1OB des Bauteils 10 zum Ende 9A der Welle münden, wobei die Flanke 13B dann das Ende des gezahnten Teils des Bauteils 10 daratellt.

In den beiden Fällen ist wenigstens die Flanke 13B derart geneigt, um die rasche Demontage des Ringes durch Einwirkung entgegengesetzter Axialkräfte, nämlich entsprechend dem Pfeil F1 auf die Welle 9 und entsprechend dem Pfeil F₂ auf das Bauteil 10 zu ermöglichen, die ausreichend stark sind, daß der radiale zentripetale Stoß, der sich daraus auf den Ring aufgrund der Neigung der Flanke 13B ergibt, eine elastische Verformung des Ringes bewirkt, bis dieser aus der Ausnehmung 13 herausgezogen und völlig in die Nut eingeführt wird, wodurch das relative Gleiten der Welle und des Bauteils 10 ermöglicht wird. Da die Nut 12 und die Ausnehmung 13 an der Stelle der Verzahnungen liegen, sind

ihre Flanken gekerbt, was die Berührungszone zwischen den Nutenflanken und den Seitenflächen des Ringes, wie vorher angegeben (s. Fig. 2) umsomehr verringert, je näher die Kontaktzone am radialen Rand 6C der Nutenflanke ist.

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Das zentripetale Gleiten des Ringes zwischen zwei gegenüberliegenden Flanken 1 2A der Welle 9 und 13B des Bauteils erfolgt gegen umso höhere Reibungskräfte, je schlechter der Oberflächenzustand des Ringes und der Nutenflanken ist, und gegen umso niedrigere Reibungskräfte, je härter diese Teile sind. Da das Bauteil 10, um mit dem Abrollen der Kugel7i 11 kompatibel zu sein, aus einem sehr harten Werkstoff, wie z. B. dem abgeschreckten oder zementierten Stahl besteht,

sich
ergibt sich die Gefahr, daß/die gekerbte Kontur der Flanken der Nut 13 und die aufgrund ihrer Herstellung möglichen Riefen in die Seitenflächen des Ringes eindrücken und infolgedessen die genannten Reibungskräfte übermäßig erhöhen.

In den beiden vorstehend beschriebenen Beispielen ist der Ring, um eine schädliche Beschädigung desselben zu vermeiden, erfindungsgemäß derart hergestellt, .daß er eine höhere Oberflächenärte als die der abgeschreckten oder zementierten Stähle aufweist und gleichzeitig duktil genug, daß seine spanlose Formgebung leicht ist, elastisch genug, um seine Montage und seine Demontage ohne bleibende Verformung zu ermöglichen und ausreichend schlagzäh ist, um seinen Bruch bei möglichen Stoßen zu vermeiden. Zu diesem Zweck besteht der Ring aus einem nichtrostenden austenitischen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,06 %, der mit Chrom und/oder Nickel in erheblichen Gehalten legiert ist: Man kann insbesondere nichtrostende handelsübliche Stähle wie die üblicherweise mit 18x8 und 1S χ 10 bezeichneten verwenden; ihr geringer Kohlenstoffgehalt sichert die gewünschte Duktilität, das austenitische Gefüge entspricht der besten mechanischen Festigkeit für den gewählten Stahl, und die Anwesenheit von Nickel und/oder Chrom begünstigt die anschließend mit dem Ring durchgeführte Oberflächenhärtungsbehandlung, die aus einer Nitrierung von mehreren Stunden

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im ionisierten Bad oder in heißem gasförmigen Medium besteht:

Diese Behandlung verleiht dem Stahl eine 900 Vickers überschreitende Oberflächenhärte, die dem Ring seine erforderliche Festigkeit gegenüber den starken Kontaktdrücken, denen er ausgesetzt wird, und folglich die Beständigkeit seines guten Oberflächenzustandes sichert, die so oberflächlich gebildete dünne Schicht hoher mechanischer Festigkeit verschafft dem Ring außerdem seine gewünschte Elastizität, während seine Kerbschlagzähigkeit durch sein Kerngefüge aus einem schwach kohlenstoffhaltigen, also nicht härtenden Stahl gesichert wird.

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Claims

Ansprüche

1.; Kupplung durch Verzahnungen oder Rillen zweier axial durch einen elastischen geschlitzten Ring festgelegter Bauteile , der teilweise in einer Nut wenigstens eines der beiden Teile aufgenommen ist, wobei die Nutflanken durch die Verzahnungen oder Rillen gekerbt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (.4; 8) aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt des austenitischen Typs und mit starkem Nickel- und/oder Chromgehalt, der nachher oberflächlich durch Nitrierung gehärtet ist, besteht.

2. Kupplung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (4; 8) aus einem Stahl besteht, dessen Gehalte an Kohlenstoff, Nickel und Chrom etwa 0,06 % bzw. 8-10 % bzw. 18 % betragen.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kreisrundes Bauteil {1) axial in einem zylindrischen Bauteil (3) durch den Ring (4) festgelegt ist, der einerseits in einer Nut (5) des zylindrischen Bauteils (3) aufgenommen ist, deren Flanken durch die Verzahnungen oder die

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Rillen eingekerbt sind, und andererseits im Druckkontakt mit einer äußeren konischen Fläche <1A) des kreisrunden Bauteils (1) ist.

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4. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (8) einerseits in einer genügend tiefen Nut (12) des einen Bauteils (9) aufgenommen ist, um beim Montieren durch Gleiten der beiden Bauteile (9, 10) den Ring (8) völlig in der Nut (12) unterzubringen, und andererseits in einer ringförmigen Ausnehmung (13) des anderen Bauteils (10) mit wenigstens einer derart geneigten Flanke (13B) aufgenommen ist, daß auf den Ring (8) ein radialer, zum Herausziehen aus dieser Ausnehmung (13) geeigneterbruck ausübbar ist, wenn ausreichende entgegengesetzte Axialkräfte jeweils auf jedes der beiden Bauteile (9, 10) einwirken, wobei die Flanken der Nut (12) und der Ausnehmung (13) durch die Verzahnungen oder Rillen eingekerbt sind.

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