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Wellenverbinder
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Die Erfindung betrifft einen Wellenverbinder für zwei fluchtende,
mit Verzahnung versehene Wellenenden, insbesondere Keil- bzw.
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Zahnwellenenden im Antriebsbereich von kraftfahrzeugen, mit einer
Verbindungshülse mit zur formschlüssigen Verbindung der Wallenenden passender, reziproker
Verzahnung. Dabei ist der Ausdruck Verzahnung nicht im engeren Sinne, sondern in
einem weiteren auch Keilwellen- bzw. Keilnabenausbildungen sowie Wellen mit polygenalem
Querschnitt bzw. Naben mit entsprechender polygenaler Ausbildung als Teile von Formschlußverbindungen
einschließenden Sinne angewendet.
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Zur Verlängerung des Achstrieblings, das ist das Antriebskegelrad
des Differentials, durch eine mit der Kardanwelle in Verbindung stehende Flanschantriebswelle
bzw. zur Verbindung des Achstrieblings mit der Flanschantriebswelle ist es an Kraftfahrzeugen
bekannt, eine Verbindungshülse als Mitnehmerverbindung für die beiden fluchtenden
Keil- bzw. Zahnwellenenden vorzusehen.
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Die Verbindungshülse weist eine zur Verzahnung der Wellenenden passende,
reziproke Verzahnung zur Aufnahme der Wellenenden auf.
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Dabei wird das eine Wellenende, hier das des Achstrieblings, mit Preßsitz
und das andere, hier das der Flanschantriebswelle, mit Schiebesitz und unter Anwendung
einer aushärtenden Klebemasse, sogenannten Eisenzement, in der Verbindungshülse
aufgenommen.
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Fit der Zai'A der je nach Einsstz des Kraftfahrzeugs mehr oder weniger
häufigen Lastwechsel beim Wechsel von Antriebskraft auf Schubkraft und umgekehrt
oder Aenderungen der Drehmomentrichtung beim Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärts-Fahrbetrieb
des @raftfahrzeugs und umgekehrt sowie infolge von nicht unerheblichen Temperaturschwankungen
im Bereich der Verbindungshülse lokkerte sich jedoch die Eisenzementverkittung.
Dadurch wurde zwar die eine tängsverschiebung der Wellenenden bei Temperaturveränderungen
verhindernde und zu nachteiligen Lagerbelastungen führende Festlegunß zwischen Flanschantriebswelle
und Verbindungshülse aufgehoben. Doch traten mit der Lockerung der Verkittung @nd
mit dem sich dadurch einstellenden Spiel zwischen den Keil-bzw.
Zahnflanken
ein hammerschlagartiges, klackendes Geräusch und starker Verschleiß bei Lastwechsel
und Aenderung der Drehmomentrichtung auf. Eine Erneuerung der Verkittung brachte
nur kurzzeitig Abhilfe und nahm im übrigen wegen der mehrere Stunden; betragenden
Aushärtezeit des Einsenzements erhebliche Zeit in An-' spruch, in welcher das Kraftfahrzeug
nicht genutzt werden konnte.
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Zur kusräumung der vorgenannten Nachteile ist es schon bekannt geworden,
an einem Keilwellenverbinder, um bei Lastwechsel und bei Aenderung der Drehmomentrichtung
eine zumindest geräusch-und verschleißarme Drehmomentübertragung zu erreichen, der
Verbindungshülse auf einer Seite - und zwar auf der für die Schiebesitzaufnahme
des Wellenendes der Flanschantriebswelle bestimmten Seite - einen hülsenförmigen,
mit derselben Innenverzahnung wie wie die Verbindungshülse versehenen Keilnabenkörper
koaxial zuzuordnen und Verbindungshülse und Keilnabenkörper durch eine lindrische
Schraubenfeder als Dru@kfeder so gegeneinander vorzuspannen, daß der Keilnabenkörper
gegen eine Rückstellkraft aus einer Position, in der die Innenverzahnung des Keilnabenkörpers
einen Versatz zu der Verzahnung der Verbindungshülse aufweist, in eine Position
in der die Innenverzahnungen übereinstimmen, unter Ausfahrung einer axialen Bewegung
um eine Mittelachse schwenkbar ist, wobei Verbindungshülse und Keiln@benkörper über
Winkelnocken und entsprechende Aussparungen im Eingriff stehen.
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Dieser Kilwellenverbinder führt unabhängig von einem Lastwechsel
bei Rotation in der am häufigstens gegebenen, beispielsweise in der bei der Vorwärtsfahrt
eines kraftfahrzeugs gegebenen Drehrichtung, einen stets spielfreien Flankenkontakt
herbei und wirkt so Schubkraft-kompensierend; auch stellt er sich bei Verschleiß
an den Blanken von Winkelnocken und Aussparung sowie im Keilwellenbereich selbsttätig
nach, gestattet eine Dämpfung von Drehmomentstößen auch infolge von Drehrichtungsänderungen;
stellt durch einen verspannten Schiebesitz einen unbehinderten Aus-@leich von @@@@eraturbedingten
Längsverschiebungen der aufgenominnen Wellenenden sicher und stellt eine zum Nachrüsten
bestehen der Anlagen geeigneto, geschlossene und wartungsfreie Montageeinheit dar.
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I Nachteilig bei diesem Keilwellenverbinder wurde empfunden, daß sich
die Druckfeder, die sich einerseits an einem Endinnenbördel des Nantelkäfige als
Anschlag und andererseits am Keilnabenkörper abstützt, ihre fUr die Funktion wesentliche
Position nicht einhielt und auch beim Vorspannen und Montieren des Keilheraus sprang
Davon ausgehend kann der Erfindung die Aufgabe zugrundegelegt werden, in Ausräumung
dieser Nachteile einen Wellenverbinder der einleitend genannten Gattung zu schaffen,
der bei zuverlässiger Funktionsweise der Bauteile im Betrieb problem- und gefahrlos
zu montieren ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Wellenverbinder der
einleitend genannten Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Durch die kammerartige Aufnahme der Endwindung der Druckfeder -gegebenenfalls
in Anpassung an die Kontur des Federdrahts - ist eine ausreichende Festlegung der
Druckfeder am Anschlag des Federkäfigs gegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Wellenverbinders nach Anspruch 1
ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 7.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die Druckfeder
auch an ihrem anderen Ende sicher gehalten und festgelegt ist, so daß sich diese
einwandfrei geführt bewegen kann.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird eine im wesentlichen
gleichmäßige Anlage und Belastung des Keilnabenkörpers @urch die Druckfeder erreicht.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird bei einer in Anpassung
an die Kontur des Federdrahts - vorzugsweise eines Federdrahts mit Kreisp@erschnitt
- neben einer sicheren Halterung der Druckfeder am Anschlag eine minimale Baulänge
der Druckfeder möglich.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird bei einem die Bauteile
umschließenden geschlossenen Federkäfig erreicht, daß das zur Schmierung der sich
innerhalb des Federkäfigs.bewegenden Bauteile eingegebene Fett nicht aus dem Federkäfig
herausgeschleudert,sondern nach innen transportiert wird. Einem Heraus-bzw. Abschleudern
wirkt auch der hakenförmig nach innen weisende stabile Anschlag entgegen.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist eine Kammer zur Aufnahme
eines Fettreservoirs gegeben.
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Von besonderer Bedeutung ist die Ausgestaltung nach Anspruch 7.
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Mit einer beidseitigen Ausstattung des Keilwellenverbinders mit einem
Keilnabenkörper ist es möglich, beide Wellenenden mit Schiebesitz bzw verspannten
Schiebesitz aufzunehmen. Neben Montagevorteilen ist diese beidseitig kompensierende
Ausgestaltung des Wellenverbinders eine Lösung bei der Verbindung mit schon durch
starken Verschleiß beschädigten Wellenenden. So hat es sich gezeigt, daß bei einem
Ersatz von herkömmlichen VerbindungshUlsen, die ursprünglich mit Preßsitz auf dem
Achstriebling aufgenommen waren, eine sichere Verbindung nicht mehr erreichbar war.
Dies bedeutete, daß es nicht allein bei einem Austausch der herkömmlichen Verbindungshülse
durch den einseitig kompensierenden keilwellenverbinder bleiben konnte, sondern
daß überdies ein mit erheblichen Kosten verbundener Austausch des Achstrieblings
bzw. des Antriebskegelrads des Differentials erforderlich wurde. Diese letztgenannten
Arbeiten werden durch den beidseitig kompensierenden, sich zur Wellenmitte hin zentrierenden
Wellenverbinder in der überwiegenden Zahl der auftretenden Fälle entbehrlich.
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Im Zusammenhang mit -einer Wellenverbindung für den drehfesten Anschluß
der Enden zweier koaxialer Wellen, die bei Angriff einer eine Ansprechschwelle übersteigenden
Kraft in axialer Richtung teleskopartig ineinander schiebbar sind, wie bei einer
Lenkspindel in einer Sicherheitslenksäule, ist es., mit dem Ziel das aufgegebene
Drehmoment in beiden Drehrichtungen spiel- und geräuschfrei übertragen zu können,
bekannt (DE-OS 23 22 451), mindestens
eines der am Anschluß beteiligten
Wellenenden oder einen Abschnitt davon derart zu verformen bzw. zu tordieren, daß
bei der Verformung der für den Spielausgleich der Wellenenden erforderliche Dreh-
bzw. Torsionswinkel zur Erzeugung einer Rückfederungskraft, die größer ist als das
zu übertragende Drehmoment, überschritten wird. Konkret ist aus den Fig. 7 bis 9
dieser DE-OS 23 22 451 auch bekannt, eine Welle mit außenverzahntem Wellenende in
einer Hohlwelle mit innenverzahntem @ohlwellenende form- und kraftschlüssig festzulegen,
wobei der vordere Abschnitt des Hohlwellenendes gegenüber dem hinteren Abschnitt
des Rohlwellenendes unter Verformung des Zwischenab@@h@itts um einen bestimmten
Winkel tordiert und dabei die Verzahnung zueinander versetzt wird. Diese Wellenverbindung
besteht ausschließlich aus den zu verbindenden Wellenenden, wobei für wenigstens
eines der Wellenenden eine spezielle Ausgestaltung vorzusehen ist. Beim etwaigen
Austausch der Wellenverbindung ist daher auch stets wenigstens eine der Wellen bzw.
eines der Wellenenden auszutau- i schen. Für ein separates Bauteil zur Verbindung
von zwei mit vergleichsweise hoher Umdrehungszahl rotierenden, erheblichen dynamischen
Beanspruchungen ausgesetzten Wellenenden, nämlich fiir einen W@ellenverbinder, ist
eine Anregung hierin nicht gegen ben.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung an insbesondere
zur Anwendung im Antriebsbereich von Kraftfahrzeugen bestimmten Ausführungsbeispielen
detalliert beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform
eines Wellenverbinders nach der Erfindung mit einem nach Art eines längs schnitts
aufgebrochen dargestellten Gehäuse als Federkäfig für eine ebenfalls im Längsschnitt
dargestellte Druckfeder, Fig. 2 im iängsschnitt die neben der Druckfeder im Gehäuse
des wellenvero@nners nach Fig. 1 au@genommenen @autelle @@ einer auseinandergezogenen
Darstellung und Fig. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Wellenverbinder
nach der Erfindung mit einer Anordnung der der im Gehäuse aufgenommenen Bauteile,
wie sie sich bei der Aufnahme der zu beiden Seiten des Wellenverbinders dargestellten
Wellenenden darstellt.
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Fig. Fig. 1 zeigt einen Wellenverbinder als geschlossene, kompakte
Bau- und Montageeinheit. Das zylinderförmige Gehäuse des Wellen verbinders wird
von einem rohrförmigen Federkäfig 1 gebildet.
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Dieser Federkäfig 1 ist hier aus einem Präzisionsstahlrohr gefertigt.
Innerhalb des Federkäfigs 1 und zwischen am Federkäfig 1 ausgebildeten Anschlägen
11, 12,die hier von an den Rändern des Federkäfigs 1 ausgebildeten Endinnsnbördel
gebildet sind, sind neben einer Druckfeder 3 die nachstehenden, in Fig. 2 einzoln
angeordneten Bauteile aufgenommen: eine Verbindungshälse 5, ein erster Keilnabenkörper
4 sowie ein zweiter Keilnabenkörper 6.
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Der Der in Fig. 3 zusammen mit den zu verbindenden Wellenenden 7 und
8 8 - hier identisch außenverzahnte Keil- bzw. Zahnwellenenden -gezeigte Wellenverbinder
unterscheidet sich im Aufbau vom Wellen verbinder nach Fig. 1 allein in der Ausbildung
der Druckfeder 3.
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I In beiden Fällen ist als Druckfeder 7 eine zylindrische Schraubenfeder
mit rundem Federdraht@uerschnitt vorgeschen. Jedoch ist der Querschnitt der Federenden
bzw. der Federendwindungen der
Druckfeder 3 in Fig. 3 - beispielsweise
durch Anschleifen - senkrecht zur Längsachse der Feder abgeflacht, und zwar weist
die Druckfeder am am Keilnabenkörper 4 anliegenden Federende an der Außenseite eine
Anlagefläche 31 auf und an dem anderen Federende an der Innenseite eine Anlagefläche
32. Die minimale Länge der Druckfeder im Zusammengedrückten Zustand bzw. das Blockmaß
der Druckfeder 3 entspricht daher bei drei Windungen in Fig. 1 gesehen etwa dem
2 1/2 -fachen des Federdrahtdurchmessers gegenüber dem 3-fachen in Fig. 3 bei ein
und derselben Baulänge des Wellenverbinders.
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Der Zusammenbau des Wellenverbinders erfolgt in der Weise, daß auf
der einen Seite des rohrfömigen Federkäfigs 1 zunächst ein Innenbördel als Anschlag
12 ausgebildet wird, dann die einzelnen Bauteile in der gezeigten Anordnung eingeordnet,
und unter wegbe grenzender Vorspannung der Druckfeder 3 mit einer Vorspannlehre
belastet und schließlich durch Ausbilden eines Innenbördel als Gegenanschlag 11
im Federkäfig 1 festgelegt werden.
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Die Verbindungshülse 5 weist durchgehend - also auch in den den Keilnabenkörperm4;
6 benachbarten Abschnitten - dieselbe Verzahnung 50 auf, die Ubereinstimmt mit der
Verzahnung 40; 60 der beiden Keilnabenkörper 4; 6 und die der Außenverzahnung 70;
80 der aufzunehmenden und zu verbindenden Wellenenden 7; 8 entspricht. Durch die
am Anschlag 11 abgestützte Druckfeder 3 wird I der keilnabenkörper 4 gegen die Verbindungshülse
5 belastet Da die Verbindungshülse 5 auf der anderen Seite über den keilnabenkörper
6 am Anschlag 12 des @ederkäfigs 1 anliegt, bilden die Bauteile, insbesondere Verbindungshülse
5 sowie Keilnabenkörper 4 4 und 6, innerhalb des Federkäfigs eine axial vorgespannte
Ein-Leit.
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An den benachbarten Stirnseiten 53, 45 einerseits und 51, 61 andererseits
von Verbindungshülse 5 und Kelnabenkörper 4 einerseits und Verbindungshülse 5 und
Keilnsbenkörper 6 andererseits sind hier einerseits Nasen 44, 62 und andererseits
zu den Nasen 44, 62 passende Aussparungen 52, 54 ausgebildet. Von den wenigstens
zwei
über den Umfang verteilt angeordnet, beispielsweise durch Fräsen gefertigten Nasen
44, 62 ist in den Fig. jeweils nur eine gezeigt die die Form eines gleichschenkligen
Dreieck-Zahns aufweist. Im nicht montierten Zustand des Wellenverbinders.
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(siehe Fig. 1 und 2) stehen die im Federkäfig 1 aufgenommenen und
von der Druckfeder 3 belasteten Bauteiles Verbindungshülse 5 und Keilnabenkörper
4 und 6 über die Nasen 44, 62 und die Aussparungen 52, 54 im Eingriff miteinander.
Eine Schwenkbewegung von Verbindungshülse 5 und Keilnabenkörper 4 und 6 relativ
zueinander ist nur bei einer Axialbewegung von Verbindungshülse 5 und Keilnabenkörper
4 gegen die Spannkraft der Druckfeder 3 möglich. Dabei gleiten bzw. verschieben
sich die Flanken der Nasen 44, 62 an den entsprechenden Flanken der Aussparungen
52, 54 wie auf einer schiefen Ebene.
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In Fig. 3 sind die Verzahnungen 40, 50, 60 von Verbindungshülse 5
und Keilnabenkörper 4; 6 ohne Versatz zueinander angeordnet.
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Diese Position von Verbindungshülse 5 und Keilnabenkörper 4 und 6
stellt sich dar, wenn in Fig. 3 gesehen die beiden Wellenenden 7, 8 durch den ihnen
jeweils zugeordneten Keilnabenkörper 4, 6 hindurch in die Verbindungshülse eingeschoben
worden sind. Ist kein Wellenende in den Wellenverbinder eingeschoben, wie dies in
der Regel im nicht eingebauten Zustand des Wellenverbinders - beispielsweise bei
der Lagerung als Ersatzteil - der Fall ist, zentrieren sich die Nasen 44, 62 unter
beidseitigem Flankenkontakt in den Aussparungen 54, 52 und die Verzahnungen 40,
50 und 50, 60 sind - wie in Fig. 2 dargestellt - versetzt zueinander angeordnet.
Die Wellenenden 7, 8 können daher nur dann in die Keilnabenkörper 4, 6 hinein und
von dort auch in die Endabschnitte der Verbindungshülse 5 weiter eingeschoben werden,
wenn die Wellenenden 7, 8 mit den Keilnabenkörpers 4, 6 gegen eine @ückstellkraft
bis zur Aufhebung des Versatzes - hier 1/2 Modul der Verzahnungen 40, 50 und 50,
60 gedreht worden sind und damit die jeweils von der Verzahnung 50 gebildetten Sperren
aufgehoben sind.
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Am Außenumfang ist die Verbindungshülse 5 hinterdreht, so daß sich
eine durch die den Stirnseiten 51, 53 nahen Bunde 51', 53'
begrenzte
Ringnut 55 ergibt. Durch die Innenwand des Federkäfigs 1 und die Wandung der Ringnut
55 wird ein zur Aufnahme eines Fett- bzw. Schmierpolsters für die im Federkäfig
1 bewegbaren Bauteile, insbesondere die Verbindungshülse 5, geeigneter Raum bzw.
ein Fettreservoir erreicht.
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Um dem entgegenzuwirken, daß Fett bzw. Schmiermittel aus den sich
im Betrieb vergleichsweise hoher Drehzahl rotierenden Wellenverbinder durch Zentrifugalkraft
herausgeschleudert wird, wird bei einer Hauptdrehrichtung des Wellenverbinders im
Uhrzeigersinn eine im Gegenuhrzeigersinn gewickelte zylindrische Schraubenfeder
als Druckfeder 3 eingesetzt, Dem Herusschleudern von Fett bzw. Schmiermittel wirkt
auch entgegen, daß der Anschlag 11 als in Form eines Bogens nach innen weisender
Endinnen bördel bördel ausgebildet ist. Durch diese hakenförmige Ausbildung oder
Bogenform des Anschlag 11 ist bei Abstimmung mit dem Durchmesser des anliegenden
Federdrahts der Druckfeder 3 zudem eine stabile und sichere, weil ein Herausspringen
der Feder verhindernde, Halterung für die Druckfeder 3 gegeben. Der sicheren und
zuverlässigen Festlegung und Führung der Druckfeder 3 im Federkäfig 1 dient auch
ein am Keilnabenkörper 4 ausgebildeter Bund 45. Die Druckfeder 3 ist an dieser Stelle@@wohl
nach außen durch die Innenwand nenwand des Federkäfigs 1 wie auch nach innen durch
den Bund 45 kammerartig begrenzt aufgenommen.
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An einem Anwendungsbeispiel wird nachstehend die Montage des-Wellenverbinders
nach Fig. 3 beschrieben. Dabei war eine herkömmliche Verbindungshülse als Wellenverbindung
zwischen Achstriebsling mit Wellenende 7 und Flanschantriebswelle mit Wellenende
8 durch einen Wellenverbinder zu ersetzen. Nachdem die Achswellen über die Handbremse
bzw. durch Bodenkontakt der Räder festgelegt, die herkömmliche Verbindungshülse
demontiert und die Wellenenden 7, 8 mit den Keilwellenverzahnungen 70, 80 gereinigt
worden sind, wird der Wellenverbinder mit dem Wellenende 8 verbeiden. Zuvor indessen
wird ein in einer Eingnut 81 am Wellenende 8 festlegbarer Manschettendichtring 9
aus einem gegen O@l widerstandsfähigen Material. auf das Wellenende 8 aufgeschoben.
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Dieser Manschettendichtring 9 weist an dem zur Anlage am Anschlag
11 des Wellenverbinders und zur Abdichtung des Wellenverbinders bestimmten Ende
eine Lippe 90 auf und ist zur Festlegung des Manschettendichtrings 9 mit festem
Gleitsitz auf dem Wellenende 8 mit einem aufgesetzten O-Ring 91 versehen und tangential
verstärkt. Danach wird der Wellenverbinder mit dem Keilnabenkörper 4 auf die Außenverzahnung
80 unter Zuhilfenahme eines von der entgegengesetzten Seite her in den Wellenverbinder
einzuführenden und in die Verzahnung 60 einrastenden Werkzeugs bis zu der von der
Verzahnung 50 der Verbindungshülse 5 gebildeten Sperre aufgeschoben. Mittels eines
am vorgenannten Werkzeug angreifenden Vorspannschlüssels wird die VerbindungshUlse
5 daraufhin um 1/2 Modul der Verzahnung entgegen der Rückstell- und Spannkraft der
Druckfeder 3 relativ zum Keilnabenkörper 4 gedreht. Nachdem so der Versatz der Verzahnungen
40, 50 aufgehoben worden ist, kann das Wellenende 8 in die Verbindungshülse 5 hineingleiten.
Danach wird ein in einer Ringnut 71 des Wellenendes 7 festlegbarer O-Ring 92 zur
Abdichtung des Wellenverbinders am Anschlag 12 auf das Wellenende 7 aufgeschoben,
und danach der auf dem Wellenende 8 vormontierte Wellenverbinder mit dem Keilnabenkörper
6 auf das Wellenende 7 bzw. dessen Verzahnung 70 bis zu der von der versetzten Verzahnung
50 der Verbindungshülse 5 gebildeten Sperre geschoben. Unter Zuhilfenahme eines
Vorspannt schlüssels werden sodann der Versatz zwischen den Verzahnungen 60 und
50 aufgehoben und das Wellenende 7 in die Verbindungshülse 5 eingefahrt. Und der
Einbau des Wellenverbinders als eine durch O-Ring 92 und Maschettenring 9 abgedichtete,
wartungsfreie der Rückstellkraft Baueinheit ist abgeschlossen. Die Richtung der
auf die eingeschobenen Wellenenden 7, 8 Wirkenden Keilnabenkörper 4, 6 ist dabei
so vorgegeben, daß sie mit der Hauptdrehrichtung des Wel-@nverbinders bsw. der Wellenenden
7, 8 übereinstimmt. ist bei Blick auf die Stirnseite des Wellenendes 7 die Drehrichtung
des Wellenendes 7 bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs im Uhrzeigersinn, so sind
die Keilnabenkörper 4, 6 im Gegenuhrzeigersinn vorzuspannen, so daß im Hauptlastbereich
ein permanenter Flankenkontakt gegeben ist.