DE3718410A1

DE3718410A1 - Drehmomentuebertragende vielzahnverbindung

Info

Publication number: DE3718410A1
Application number: DE19873718410
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Rau
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1987-12-17

Description

Die Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Vielzahnverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bevorzugt wird dabei der auch in der DE-OS 34 21 191 behandelte Fall der Verbindung zwischen einer Hohlwelle aus faserverstärktem Kunststoff einerseits und einem Anschluß aus Metall zur Kraft bzw. Drehmomenteinleitung andererseits betrachtet.

Es ist bekannt, daß die Krafteinleitung in derartige Hohlwellen bzw. Verbund rohre große Schwierigkeiten macht. Bisher hat man versucht, das Entstehen kritischer Spannungsspitzen im Bereich der Krafteinleitung durch herstellungs technisch komplizierte Überlappungsverbindungen (Klebungen) zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine drehmomentübertragende Viel zahnverbindung zwischen zwei Teilen, von denen eines eine größere Schubver formbarkeit besitzt als das andere, zu schaffen, bei der durch einfache Maß nahmen eine zumindest weitgehende Konstanz der Flächenpressung zwischen den zusammenarbeitenden Zahn- und Nutflanken sichergestellt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung be schreiben die Unteransprüche.

Infolge der Schubverformbarkeit des einen der beiden Bauteile ergibt sich also auf der jeweils belasteten Seite eine zunehmende Vergrößerung der kraft- bzw. momentübertragenden Berührungsflächen zwischen den Zahnflanken und den Nutflan ken, bis beim maximal zu übertragenden Drehmoment die besagten Flanken in vol ler Größe aufeinanderliegen und Druck übertragen.

Grundsätzlich ist es möglich, die Zähne - in Draufsicht betrachtet - recht eckförmig zu gestalten und die Nuten mit zunehmender Entfernung von den Zahn flanken breiter auszuführen. Herstellungstechnisch einfacher dürfte jedoch die Ausführungsform gemäß Anspruch 2 sein, bei der die Nuten - stets in Drauf sicht betrachtet - Rechteckform besitzen, während die Zahnbreite sich mit zunehmendem Abstand vom jeweiligen Zahnfuß verringert. Wie Untersuchungen ergeben haben, ist die angestrebte Konstanz der Flächenpressung bei allen Belastungen (Drehmomenten) dann besonders günstig, wenn man der Zahnbreite einen Verlauf gemäß den Ansprüchen 3 und 4 gibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 und 2 in Stirn- und Seitenansicht die Ausbildung der Zähne an einem krafteinleitenden Teil (Gelenk) einer Antriebs welle eines Kraftfahrzeugs, die aus faserverstärktem Kunststoff besteht,

die Fig. 3 und 4 eine Stirnansicht und einen Längsschnitt durch den Anschlußbereich der Welle und

die Fig. 5, 6 und 7 die Verhältnisse im Bereich eines der Zähne bzw. einer der Nuten bei verschiedenen Belastungen (Drehmomenten).

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so trägt das aus relativ starrem Werkstoff (Metall) bestehende Anschlußteil 1 in diesem Ausführungsbeispiel acht identisch ausgebildete Zähne 2, deren Breite im Bereich des jeweiligen Zahnfußes 3 den Wert b ₀ besitzt und mit zunehmendem Abstand x vom Zahnfuß 3 gemäß der Funktion b(x) abnimmt.

Jedem dieser Zähne 2 ist in der Hohlwelle 4 gemäß den Fig. 3 und 4 eine in Draufsicht betrachtet rechteckförmige Nut 5 zugeordnet. Sie ist, wie ins besondere die Fig. 5, 6 und 7 erkennen lassen, etwas länger gehalten als der jeweilige Zahn.

In Fig. 5 ist angenommen, daß an der Verbindung kein zu übertragendes Dreh moment vorliegt. Die Achse 6 der Nut 5 fällt demgemäß zusammen mit derjenigen des Zahns 2, und nur im Bereich des Zahnfußes 3 besteht bei 7 eine etwa linien förmige Berührung zwischen der Zahnflanke 8 einerseits und der gegenüber stehenden Nutflanke 9 andererseits.

Sobald jetzt ein endliches Drehmoment übertragen wird, das aber unterhalb des maximalen Drehmoments liegt, ergeben sich die in Fig. 6 angedeuteten Verhältnisse: Die Linienberührung 7 hat sich zu einer Flächenberührung über die in x-Richtung gemessene Länge 10 erweitert, da sich das Rohr 4 infolge aeiner Schubverformbarkeit in der gezeichneten Weise verformt hat. Die Nut flanke 9 hat sich also über eine größere Länge an die Zahnflanke 8 angelegt, die sich, ausgehend von der Fußbreite b ₀, um einen Wert mit zunehmender Strec ke x verringert, der proportional dem quadrat dieses Abstands x ist.

Bei weiterer Zunahme des zu übertragenden Moments auf den Wert des maximalen Moments (Fig. 7) besteht schließlich überhaupt kein Abstand mehr zwischen den Flanken 8 und 9, so daß die druckübertragende Berührungsfläche ihren Maxi malwert hat.

Durch die Formgebung des Zahns in der Weise, daß zwischen seiner Flanke 8 einerseits und der gegenüberstehenden Flanke 9 der Nut andererseits zunächst ein vom Abstand x vom Zahnfuß 3 abhängiger Abstand besteht, wird sicherge stellt, daß sowohl in Abhängigkeit vom jeweils übertragenden Moment als auch in Abhängigkeit vom Abstand x vom Zahnfuß die auftretende Flächenpressung q konstant ist.

Claims

1. Drehmomentübertragende Vielzahnverbindung zwischen zwei Teilen, von denen eines eine größere Schubverformbarkeit besitzt als das andere und von denen das eine mit Nuten, das andere mit in diese hineinragenden Zähnen versehen ist, insbesondere zwischen einem Faser-Kunststoff-Verbundrohr und einer Anschlußmuffe, dadurch gekennzeichnet, daß - in Draufsicht betrachtet - zwischen den Zahnflanken (8) und den ihnen gegenüberstehenden Nutflanken (9) mit zunehmendem Abstand (x) von den Zahnfüßen (3) zunehmende Abstände vorliegen, die auf der belasteten Seite infolge der Schubverformung mit zunehmendem Drehmoment unter Vergrößerung der Berührungsflächen zwischen den Zahn- und den Nutflanken (8, 9) abnehmen.

2. Vielzahnverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - in Drauf sicht betrachtet - die Nuten (5) Rechteckform besitzen, während die Breite (b(x)) der Zähne (2) mit zunehmendem Abstand (x) von den Zahnfüßen (3) abnimmt.

3. Vielzahnverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn breite (b(x)) nichtlinear abnimmt.

4. Vielzahnverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn breite (b(x)) um Werte abnimmt, die proportional dem Quadrat des jeweiligen Abstands (x) vom Zahnfuß (3) sind.