DE29612824U1

DE29612824U1 - Torque-transmitting component with a predetermined breaking point

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Publication number: DE29612824U1
Application number: DE29612824U
Authority: DE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2006-07-25

Description

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Drehmoment übertragendes Bauteil mit einer SollbruchstelleTorque transmitting component with a predetermined breaking point

Die Erfindung betrifft ein Drehmoment übertragendes Bauteil mit einer Sollbruchstelle/ sowie dessen Verwendung in einer Antriebseinrichtung, weiche's dazu dient, den Drehmomentenschluß zu lösen, wenn die Belastung vorbestimmte Grenzen überschreitet.The invention relates to a torque-transmitting component with a predetermined breaking point and its use in a drive device, which serves to release the torque lock when the load exceeds predetermined limits.

In zahlreichen Antriebseinrichtungen werden Bauteile mit Sollbruchstelle eingesetzt. Sie sind bezogen auf eine bestimmte Belastung die jeweils schwächsten Glieder in einer zusammenhängenden Kette von Drehmoment übertragenden Bauteilen. Sie dienen der Sicherheit oder als Überlastschutz für andere Teile der Antriebseinrichtung, wie z. B. Gehäuse, bei denen die Überlastung gravierendere Schäden hervorrufen würde.Components with predetermined breaking points are used in numerous drive systems. In relation to a specific load, they are the weakest links in a connected chain of torque-transmitting components. They serve as safety or as overload protection for other parts of the drive system, such as housings, where overloading would cause more serious damage.

Wenn die Belastung im normalen Betrieb einer Antriebseinrichtung nicht wesentlich unter der Bruchlast der Sollbruchstelle bezogen auf Gewaltbruch {Gewaltfestigkeit) liegt, spielt die Widerstandsfähigkeit des Bauteils mit der Sollbruchstelle gegenüber Schwingbelastung über die Benutzungsdauer der Antriebseinrichtung eine große Rolle. Ist die Widerstandsfähigkeit des Bauteils mit der Sollbruchstelle gegenüber Schwingbelastung zu gering, führt dies zu ungewolltem Lösen des Drehmomentenschlusses und damit zu einer Betriebsstörung. Dieses Verhalten tritt insbesondere bei Bauteilen mit Sollbruchstelle auf, die aus Stahl ohne spezielle Behandlung bestehen, die eine geringe Dauerfestigkeit aufweisen. Ebenfalls kann es problematisch sein, wenn die Widerstandsfähigkeit des Bauteils mit der Sollbruchstelle gegenüber Schwingbelastung zu groß ist.If the load during normal operation of a drive device is not significantly lower than the breaking load of the predetermined breaking point in relation to violent breaking (violent strength), the resistance of the component with the predetermined breaking point to vibration loads over the service life of the drive device plays a major role. If the resistance of the component with the predetermined breaking point to vibration loads is too low, this leads to an unintentional release of the torque connection and thus to a malfunction. This behavior occurs in particular with components with a predetermined breaking point that are made of steel without special treatment and have a low fatigue strength. It can also be problematic if the resistance of the component with the predetermined breaking point to vibration loads is too high.

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Dann können über die Sollbruchstelle Brüche durch Schwingbelastung an anderen Stellen der Antriebseinrichtung nicht abgesichert werden. Dieses Problem ergibt sich besonders dann, wenn die Bauteile aus speziellen Materialien mit hoher Schwingfestigkeit im Verhältnis zur Gewaltfestigkeit, wie z.B. Keramik gebildet sind, wie in DE 4437452 beschrieben ist.Then the predetermined breaking point cannot protect against breaks caused by vibration loads at other points on the drive system. This problem arises particularly when the components are made of special materials with high vibration resistance in relation to the force resistance, such as ceramic, as described in DE 4437452.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil mit einer Sollbruchstelle zu schaffen, welches sowohl den Gewaltbruch durch quasistatische Überlastung als auch den Schwingbruch durch Schwingbelastung in unzulässiger Höhe an anderen Bauteilen der Antriebseinrichtung absichert, jedoch während der geforderten Lebensdauer der Antriebseinrichtung nicht bricht, wenn die Belastung innerhalb der zulässigen Grenzen ist. Mit der Erfindung sollen insbesondere Gehäuse von Antriebseinrichtungen wirksam vor Beschädigungen geschützt werden.The present invention is therefore based on the object of creating a component with a predetermined breaking point, which protects against both violent breakage due to quasi-static overloading and fatigue breakage due to vibration loading at an unacceptable level on other components of the drive device, but does not break during the required service life of the drive device if the load is within the permissible limits. The invention is intended in particular to effectively protect housings of drive devices from damage.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Bauteil mit der Sollbruchstelle aus Grauguß oder einer Bronzelegierung hergestellt ist, womit eine an zu schützende Bauteile angepaßte Schwing- und Gewaltfestigkeit erzielt wird. Eine Verkleinerung des tragenden Querschnitts, vorzugsweise in Form einer umlaufenden Kerbnut, erzeugt gezielt eine örtlich begrenzte Schwachstelle, welche als Sollbruchstelle dient. Durch eine geeignete Form der Verkleinerung des tragenden Querschnitts in Verbindung mit geeigneten Materialeigenschaften in Bezug auf Grundfestigkeit und Dauerfestigkeit kann sowohl die quasistatische Belastung, welche zum sofortigen Bruch als auch die Schwingbelastung, welche zum Schwingbruch führt,The object underlying the invention is achieved in that the component with the predetermined breaking point is made of gray cast iron or a bronze alloy, which achieves a vibration and force resistance that is adapted to the components to be protected. A reduction in the load-bearing cross-section, preferably in the form of a circumferential notch groove, deliberately creates a local weak point that serves as a predetermined breaking point. By means of a suitable form of reduction in the load-bearing cross-section in conjunction with suitable material properties in terms of basic strength and fatigue strength, both the quasi-static load that leads to immediate breakage and the vibration load that leads to fatigue breakage can be reduced.

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in engen Grenzen auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden. can be adjusted to a desired height within narrow limits.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß sie zuverlässig Gewalt- und Schwingbruch an anderen Stellen der Antriebseinrichtung verhindert, und dabei trotzdem dauerhaft hohe Momente übertragen kann, die gerade noch zulässig sind. Eine Anordnung mit einer demontierbaren Verbindung zu den benachbarten Antriebsteilen außerhalb des Gehäuses der Antriebseinrichtung bietet die Vorteile, daß keine Bruchstücke ins Innere des Gehäuses gelangen können, und das Bauteil ohne großen Montageaufwand leicht und schnell austauschbar ist. Darüber hinaus ist die Kombination mit einer Verliersicherung vorteilhaft, wodurch verhindert wird, daß angebundene Antriebsteile nach einem Bruch an der Sollbruchstelle abfallen. Es können also trotz Lösen des Drehmomentenschlusses weiterhin Längs- und Querkräfte übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Bruchverlauf im Überlastfall durch die Kerbnut eindeutig begrenzt ist.The invention has the advantage that it reliably prevents violent and fatigue fractures at other points on the drive device, while still being able to permanently transmit high torques that are just barely permissible. An arrangement with a removable connection to the adjacent drive parts outside the housing of the drive device offers the advantage that no fragments can get into the housing and the component can be replaced quickly and easily without major assembly work. In addition, the combination with a loss protection device is advantageous, which prevents connected drive parts from falling off after a fracture at the predetermined breaking point. Longitudinal and transverse forces can therefore continue to be transmitted despite the torque connection being released. Another advantage is that the fracture path in the event of an overload is clearly limited by the notched groove.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert. Beide Figuren zeigen einen Schnitt durch einen Nebenabtrieb an einem Fahrzeuggetriebe mit einem erfindungsgemäßen Bauteil 20 mit Kerbnut 24, welche als Sollbruchstelle dient.The invention is explained in more detail with reference to Fig. 1 and Fig. 2. Both figures show a section through a power take-off on a vehicle transmission with a component 20 according to the invention with a notched groove 24, which serves as a predetermined breaking point.

In Fig. 1 ist das Bauteil 20 direkt durch eine Keilverzahnung mit der antreibenden Zwischenwelle 32 drehmomentenschlüssig verbunden.In Fig. 1, the component 20 is directly connected to the driving intermediate shaft 32 in a torque-locking manner by means of a spline.

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Fig. 2 zeigt eine Variante, bei; der zwischen dem Bauteil 20 und der Zwischenwelle 32 noch, ein Grundkörper aus Stahl vorhanden ist.Fig. 2 shows a variant in which a base body made of steel is present between the component 20 and the intermediate shaft 32.

Das Drehmoment am Nebenabtrieb wird bei beiden Varianten eingeleitet von der Welle 2, welche sich innerhalb desIn both variants, the torque at the power take-off is introduced by shaft 2, which is located within the

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Gehäuses des Getriebes befindet. Am Flansch 2 6 des erfindungsgemäßen Bauteils 20 werden die nicht dargestellten anzutreibenden Bauteile angeschraubt.housing of the gearbox. The components to be driven (not shown) are screwed onto the flange 2 6 of the component 20 according to the invention.

Auf der Kerbverzahnung 11 der Zwischenwelle 32 ist die Schiebemuffe 12 axial beweglich angeordnet. Die Kerbverzahnung 13 der Schiebemuffe 12 kann mit der Kerbverzahnung 10 der Welle 2 durch ein nicht dargestelltes Betätigungselement in Eingriff gebracht werden. Diese Einrichtung ermöglicht, den Nebenabtrieb zu- oder abzuschalten. Im dargestellten abgeschalteten Zustand kann sich die Zwischenwelle 32 relativ zu Welle 2 drehen. Der Zapfen 8 ist im Zylinderrollenlager 6 gelagert. Eine zweite Lagerstelle der Zwischenwelle 32 ist das Kugellager 14, welches mittels der Schrauben 18 in dem Zwischengehäuse 16 fixiert ist. Der Wellendichtring 17 dichtet das Getriebegehäuse nach außen ab.The sliding sleeve 12 is arranged axially movable on the spline 11 of the intermediate shaft 32. The spline 13 of the sliding sleeve 12 can be brought into engagement with the spline 10 of the shaft 2 by an actuating element (not shown). This device enables the auxiliary drive to be switched on or off. In the switched off state shown, the intermediate shaft 32 can rotate relative to shaft 2. The pin 8 is mounted in the cylindrical roller bearing 6. A second bearing point of the intermediate shaft 32 is the ball bearing 14, which is fixed in the intermediate housing 16 by means of the screws 18. The shaft seal 17 seals the gearbox housing from the outside.

Das erfindungsgemäße Bauteil 20 in der in Fig. 1 dargestellten Variante weist im Bereich, der in Fig. 1 links der Kerbnut 24 dargestellt ist, eine Kerbverzahnung 21 auf, über die es drehmomentenschlüssig mit der Zwischenwelle 32, welche in diesem Bereich ebenfalls eine Kerbverzahnung aufweist, verbunden ist. Axial wird das Bauteil 20 auf der Zwischenwelle 32 von dem Deckel 28 gehalten, welcher mit der Schraube 30 in der Zwischenwelle 32 befestigt ist.The component 20 according to the invention in the variant shown in Fig. 1 has a serration 21 in the area shown in Fig. 1 to the left of the notched groove 24, via which it is connected in a torque-locking manner to the intermediate shaft 32, which also has a serration in this area. The component 20 is held axially on the intermediate shaft 32 by the cover 28, which is fastened in the intermediate shaft 32 with the screw 30.

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Der Sollbruchquerschnitt befindet sich im Kerbgrund
der Kerbnut 24. Nach einem Bruch ist der Flansch 2 6 gegenüber
dem Rest des Bauteils 20 drehbar. Der Absatz 31 im
Deckel 28 dient als Verliersicherung und verhindert das
Abfallen des Flansches mit den nicht dargestellten verbundenen
Antriebsteilen. An der Nut 22 kann im Fall des Bruchs ein Werkzeug zur Demontage angesetzt werden.The predetermined breaking cross-section is located in the notch base
the notch groove 24. After a break, the flange 2 6 is opposite
the rest of the component 20. The shoulder 31 in the
Cover 28 serves as a loss protection and prevents
Falling off the flange with the not shown connected
drive parts. In the event of breakage, a disassembly tool can be placed on the groove 22.

Bei der Variante nach Fig. 2 ist das Bauteil 20 mit
einem Grundkörper 33 an der Lötstelle 38 verbunden. DerIn the variant according to Fig. 2, the component 20 is
a base body 33 at the soldering point 38. The

Grundkörper besteht aus einem Material höherer Grundfestigkeit, insbesondere Stahl, wodurch erreicht wird, daß an der Kerbverzahnung 21 höhere Drehmomente übertragen werden können. Sowohl im Grundkörper 33 als auch im Bauteil 20 befindet sich eine Nut 36, in der ein Drahtring oder ein Sprengring
eingelegt ist, welcher im Bruchfall als Verliersicherung dient, indem er eine axiale Bewegung des Grundkörpers
33 gegenüber dem flanschseitigen abgebrochenen Teil des
Bauteils 2 0 verhindert.The base body is made of a material with a higher basic strength, in particular steel, which means that higher torques can be transmitted to the serration 21. Both the base body 33 and the component 20 have a groove 36 in which a wire ring or a snap ring
which serves as a loss protection in case of breakage by preventing axial movement of the base body
33 opposite the flange-side broken-off part of the
Component 2 0 prevented.

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BezugszeichenReference symbols

2 Welle2 Wave

&bgr; Zylinderrollenlager&bgr; Cylindrical roller bearings

8 Zapfen8 pins

10 Kerbverzahnung10 Serration

11 Kerbverzahnung11 Serration

12 Schiebemuffe 13 Kerbverzahnung12 Sliding sleeve 13 Serration

14 Kugellager14 ball bearings

16 Zwischengehäuse16 Intermediate housing

17 Wellendichtring17 Shaft seal

18 Schraube18 Screw

20 Bauteil mit der Sollbruchstelle20 Component with the predetermined breaking point

21 Kerbverzahnung21 Serration

22 Nut22 groove

24 Kerbnut mit der Funktion Sollbruchstelle24 Notched groove with the function of predetermined breaking point

2 6 Flansch2 6 Flange

0 2 8 Deckel mit der Funktion Verliersicherung0 2 8 Cover with anti-loss function

30 Schraube30 Screw

31 Absatz31 paragraph

32 Zwischenwelle32 Intermediate shaft

33 Grundkörper 34 Drahtring33 Base body 34 Wire ring

3 6 Nut3 6 Groove

38 Lötstelle38 solder joint

Claims

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1. Torque transmitting component (20) with a

Predetermined breaking point which releases the torque lock when the load exceeds predetermined limits, characterized in that the component is made of gray cast iron or a bronze alloy, thus achieving sufficient resistance to vibration loads.

2. Component (20) according to claim 1, characterized in ^that a reduction in the load-bearing cross-section with the function of the predetermined breaking point and the material property of resistance to vibration loads are coordinated with one another in such a way that the torque connection is released both in the case of quasi-static overloading and in the case of overloading due to vibration loads.

3. Component (20) according to claim 1 or 2, characterized in that the load-bearing cross section is reduced by a circumferential notched groove (24).

4. Component (20) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fracture path in the event of overload is clearly limited by a notched groove (24).

5. Component (20) according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is arranged so that in the event of breakage no fragments enter the housing

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the drive device and that it can be replaced without opening the housing of the drive device.

6. Component (20) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is connected to a driving component of higher basic strength by soldering or welding, whereby in this variant the component can be replaced together with the driving component in the event of breakage.

7. Component (20) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a loss prevention device (28, 30, 31) or (34, 36) is provided, which prevents the connected drive parts from falling off in the event of breakage.

8. Component (20) according to one of claims 1 to 7, characterized in that a groove (22) is provided, to which a disassembly tool can be attached in the event of a break.

9. Component (20) according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is used on auxiliary drives of vehicle transmissions.