DE4140427C1 - Inner toothed component on shaft multi-wedge profile - has ring, associated with shaft side annular shoulder, fitted with deformation ring, with second ring forming elastic support - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines innenverzahnten Bauteils auf einem Vielkeilprofil einer Welle, mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 28 60 726 bekannt. Hier bildet der Bauteil eine Nabe, die Teil eines zu einer Wel­ lenkupplung gehörenden Gelenkflansches ist, der auf dem aus dem Gehäuse eines Achsausgleichsgetriebes herausragenden Endab­ schnitt einer Ritzelwelle unverdrehbar und axial unverschieb­ bar angeordnet ist.

Die mit einer Innverzahnung versehene Gelenkflanschnabe sitzt auf einem ein Vielkeilprofil aufweisenden Abschnitt der Rit­ zelwelle und ist stirnseitig zwischen zwei auf der Ritzelwelle angeordneten Stahlringen eingespannt. Von diesen ist der eine auf ein Wellenaußengewinde aufgeschraubt und stützt sich am Innenring eines Kegelrollenlagers zu dessen Vorspannung ab, während der andere, die Gelenkflanschnabe festlegend, zwischen dieser und einer auf die Ritzelwelle aufgeschraubten Siche­ rungsmutter eingespannt ist.

Die Gelenkflanschnabe ist somit kraft- und reibschlüssig zwi­ schen beiden Stahlringen gehalten. Auch bei sehr starken Klemm­ kräften zwischen Gelenkflanschnabe und beiden Stahlringen ist aber nicht zu vermeiden, daß bei Lastwechseln, sofern übliche Toleranzen zwischen den Verzahnungsflanken von Gelenkflansch und Ritzelwelle gegeben sind, die Gelenkflanschnabe von den Stahlringen losbricht. Es finden dabei zwischen diesen Teilen in Wellenumfangsrichtung Relativbewegungen statt, die bei Kraft­ fahrzeugen deutlich vernehmbare Klackgeräusche erzeugen.

Außerdem können aus nicht eindeutig definierten Anlagepunkten zwischen den sich miteinander in Eingriff befindenden Zahnpro­ filen, bedingt durch axiale Kräfte, die im Falle eines Knick­ winkels zwischen Gelenkwellenabschnitten durch die Gelenk­ scheibe auf den Gelenkflansch übertragen werden, Bewegungen des Gelenkflansches um eine sich zur Wellenachse quer erstreckende Achse resultieren. Dies kann dazu führen, daß sich die Stirn­ seiten des Gelenkflansches um kleine Wege axial und radial ver­ lagern, wobei dann große dynamische Kräfte zwischen diesen und den Stahlringen wirksam sind und sich mit der Zeit zwischen den aneinander anliegenden Naben- und Ringflächen durch Gleitvor­ gänge starker Schwingverschleiß einstellt. Schließlich können dadurch die den Gelenkflansch festlegenden Stahlringe losge­ rüttelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine günstige, ver­ schleiß- und geräuschfreie Festlegung innenverzahnter Bauteile auf Vielkeilprofilen von Wellen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist somit das Bauteil auf der Welle zwi­ schen einem Deformationsring und einem Stützring eingespannt. Dabei wird bei Anziehen der Spannmutter über den Stützring und das Bauteil der sich an einem wellenseitigen Axialanschlag abstützende Deformationsring bei lediglich im elastischen Verformungsbereich liegender Belastung des Stützringes entspre­ chend plastisch verformt, wobei der Verformungsgrad von Defor­ mationsring und Stützring durch einen im Zuspannweg der Spann­ mutter liegenden, wellenseitigen Anschlag begrenzt ist.

Aufgrund der Materialelastizität von Deformationsring und Stütz­ ring werden dabei von diesen unvermeidliche Relativbewegungen zwischen den Verzahnungsflanken in Umfangsrichtung der Welle aufgenommen, indem beide Ringe in Umfangsrichtung auf Scherung beansprucht und dadurch entsprechend mitverformt werden. Ein Losbrechen des Bauteils von beiden Ringen kann damit nicht mehr erfolgen, so daß Klackgeräusche wirksam unterbunden sind.

Des weiteren bilden beide, im Abstand voneinander angeordneten Ringe für das auf der Welle festzulegende Bauteil eine Abstütz­ basis, die, im Falle von Schwingbewegungen des Bauteils im Mik­ robereich um eine zur Wellenachse quer gerichtete Achse, wie dies bspw. bei Gelenkflanschnaben der Fall sein kann, gleich­ falls elastisch nachgeben wird und dadurch Schwingverschleiß an den aneinander anliegenden Flächen von Bauteil und Ringen und somit ein Losrütteln der letzteren verhindert.

Schließlich kann zumindest der zwischen einer Ringschulter der Welle und einer Stirnfläche des Bauteils eingespannte Deforma­ tionsring auch wirksam Dichtfunktion erfüllen, sofern ein Aus­ tritt von Schmieröl eines Getriebes über das Vielkeilprofil der Welle verhindert werden soll.

Gemäß Patentanspruch 2 können Deformationsring und Stützring aus Metall oder thermoplastischem Kunststoff bestehen. Im er­ steren Falle eignet sich mit besonderem Vorteil Aluminium, wäh­ rend sich im letzteren Falle ein unter dem Handelsnamen Senti­ mid bekanntes Kunststoffmaterial empfiehlt.

Der ein Widerlager bildende und durch eine Ringschulter gebil­ dete Axialanschlag der Welle kann für den Deformationsring eine radiale Anpreßfläche aufweisen. Eine weitere, günstige Kon­ struktion ist Gegenstand des Patentanspruches 3, durch den ein eine zweckmäßige Beaufschlagung und somit auch eine zuverläs­ sige Abdichtung des Vielkeilprofiles gewährleistendes Einspan­ nen des Deformationsringes erreicht wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung nach den Patentansprüchen 4 und 5 bietet den Vorteil, daß ein mit der Zeit ggf. die Ein­ spannung beeinträchtigendes, stärkeres Fließen der den Defor­ mationsring und Stützring bildenden Materialen verhindert wird.

Der Deformationsring kann zu Montagezwecken mit einem Schlitz versehen sein, so daß er sich zum Aufbringen auf die Welle ent­ sprechend aufweiten läßt.

Eine weitere, günstige Ringausbildung hierzu ist Gegenstand des Patentanspruches 6.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich über entsprechende Bemessung der in Bezug auf Axialkräfte wirksamen Querschnitte von Stützring und Deformationsring der Grad der Verformung des Deformationsringes einstellen.

Ferner können auch relativ große axiale Toleranzen des Bauteils und der Welle in Kauf genommen werden. Der im Hinblick auf die Fixierung des Bauteils gegenüber der Welle notwendige Ausgleich kann durch den Umfang der Verformung des Deformationsringes ausgeglichen werden.

Ungeachtet dessen sind das auf den Deformationsring wirksame Spannmoment bzw. die entsprechende axiale Spannkraft dadurch begrenzt, daß der Stützring nur soweit elastisch verformt wird, bis er beim Aufschrauben der Spannmutter nach Überbrückung des Weges, der durch Verformung von Stützring und Deformationsring geschaffen wird, am wellenseitigen Anschlag anliegt. Dies kann unmittelbar oder, wie im Ausführungsbeispiel, mittelbar über eine Zwischenlage geschehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar­ gestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Anordnung einer auf den aus einem Achsgetriebe herausgeführten Endab­ schnitt einer Ritzelwelle aufgebrachten Gelenk­ flanschnabe,

Fig. 2 und 3 jeweils einen durch einen strichpunktierten Kreis angedeuteten Ausschnitt aus Fig. 1, in vergrö­ ßertem Maßstab.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Ritzelwelle eines Achsausgleichsge­ triebes 12 bezeichnet, die durch eine nicht dargestellte Gelenkwelle antreibbar ist. Zu diesem Zweck sitzt auf einem Vielkeilprofil 14 eines aus dem Getriebegehäuse 16 herausge­ führten Endabschnittes 18 der Ritzelwelle 10 ein Gelenkflansch 20, der mit einer innenverzahnten Flanschnabe 22 dreh- und axi­ algesichert auf dem Wellenendabschnitt 18 sitzt.

24 bezeichnet einen in bekannter Weise an der Außenumfangsflä­ che der Flanschnabe 22 anliegenden Radialwellendichtring zur wellenaustrittsseitigen Abdichtung des Getriebegehäuses 16. Der Radialwellendichtring 24 ist von einer auf die Flanschnabe 22 aufgezogenen Schutzkappe 26 überfangen.

Zur dreh- und axialgesicherten Anordnung des Gelenkflansches 20 auf der Ritzelwelle 10 dienen neben dem Vielkeilprofil 14 ein Deformationsring 28, ein Stützring 30 sowie eine auf die Rit­ zelwelle 10 aufschraubbare und an den Stützring 30 anlegbare Spannmutter 32.

Mit 34 ist eine konische Ringschulter der Ritzelwelle 10 be­ zeichnet, an welcher der Deformationsring 28 mit einer komple­ mentär konisch ausgebildeten Stirnfläche 36 anliegt. Der De­ formationsring 28 ist dabei im Querschnitt bspw. parallelo­ grammförmig ausgebildet. Er könnte auch rautenförmig sein. Demgemäß ist dessen andere Stirnfläche 38 gleichfalls nach innen konisch ansteigend ausgebildet, an der sich die Flansch­ nabe 22 mit einer komplementär konischen Innenringschulter 40 abstützt. Mit einem Kragen 22′ übergreift die Flanschnabe 22 den Deformationsring 28 mit geringem, radialem Abstand.

Wie Fig. 2 zeigt, läuft das Vielkeilprofil 14 in axialem Ab­ stand vor der Ringschulter 34 aus und der Deformationsring 28 greift in den dadurch entstandenen Zwischenraum ein. Zur Durch­ führung einer vorteilhaften Ringmontage ist der Deformations­ ring 28 mit einer dem Vielkeilprofil 14 entsprechenden Innen­ verzahnung 42 ausgestattet. Dem Stützring 30 sind in der Flanschnabe 22 eine diesen umfangsseitig umschließende, stirn­ seitige Nabenausnehmung 43 und zur Abstützung sowohl eine ra­ diale Innenringschulter 44 als auch eine Außenringschulter 46 der Ritzelwelle 10 zugeordnet, welche von einem radialen Stütz­ ring-Innenbund 30′ hintergriffen ist.

Deformationsring 28 und Stützring 30 bestehen aus elastisch nachgiebigem und vorzugsweise aus dem gleichen Material solcher Druckfestigkeit, daß der Gelenkflansch 20 mittels Spannmutter 32 zwischen beiden Ringen 28 und 30 festspannbar ist. Vorzugs­ weise bestehen beide Ringe 28 und 30 aus unter dem Handelsnamen Sentimid bekanntem, thermoplastischem Kunststoff.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Deformationsring 28 vorzugsweise als Flachring ausgebildet. Um diesen im erforderlichen Maße pla­ stisch zu verformen, sind bei der gegebenen Materialgleichheit beider Ringe 28 und 30 die tragenden Ringflächen des Stützrin­ ges 30 entsprechend größer gewählt als diejenigen des Deforma­ tionsringes 28.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Stützring 30 derart ausgebildet, daß bei Aufschieben des Gelenkflansches 20 auf die Ritzelwelle 10 dessen Ringinnenbund 30′ bei Anlegen des Deformationsringes 28 an die Ringschulter 34 der Ritzelwelle 10 von deren Außenring­ schulter 46 einen axialen Abstand a hat, der dem Zuspannweg entspricht.

Durch Anziehen der Spannmutter 32 wird anschließend der Defor­ mationsring 28 über Stützring 30 und Flanschnabe 22 zwischen dieser und der Ringschulter 34 zusammengedrückt und einge­ spannt, wobei schließlich der Stützring-Innenbund 30′ an die Außenringschulter 46 zur Anlage gelangt und dabei entsprechend zusammengedrückt bzw. verformt wird. Da beide Ringe 28 und 30 außenumfangsseitig von der Flanschnabe 22 umfaßt sind, wird ein schädliches Fließen derselben verhindert, wobei deren Vorspan­ nung stark ansteigt, so daß schließlich der Gelenkflansch 20 auf der Ritzelwelle 10 axial festgelegt ist.

Die Spannmutter 32 weist einen Kragen 32′ auf, der zwecks ihrer drehfesten Festlegung auf dem wellenendabschnitt 18 bereichs­ weise nach innen verformt und mit seinem Randteil in eine Um­ fangsnut 48 eingelegt ist.

Erfolgen zwischen den Vielkeilprofilen von Gelenkflansch 20 und Ritzelwelle 10, lastwechsel- und/oder toleranzbedingt, Rela­ tivbewegungen, werden Deformationsring 28 und Stützring 30 auf Scherung beansprucht, wobei, aufgrund der elastischen Weichheit ihres Materials, diese mitverformt und dadurch zu einem Los­ brechen führende Gleitvorgänge zwischen Flanschnabe 22 und Stütz- bzw. Deformationsring 28, 30 vermieden werden.

Ebenso geben diese Ringe 28, 30 elastisch nach, wenn durch ei­ nen Knickwinkel der am Gelenkflansch 20 angekuppelten Gelenk­ welle bedingte, auf einen der Arme des Gelenkflansches 20 wir­ kende, axial gerichtete Kräfte einwirken, aus denen Schwingbe­ wegungen der Flanschnabe 22 um eine zur Ritzelwelle 10 quer­ liegende Achse resultieren. Damit ist ein Schwingverschleiß zwischen Flanschnabe 22 und den beiden Ringen 28 und 30 ver­ mieden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ergibt sich dadurch, daß der Verformungsgrad von Deformationsring 28 und Stützring 30 durch die Außenringschulter 46 begrenzt wird. Dadurch erhöht sich das auf die Spannmutter 32 auf zubringende Drehmoment zum Vorspannen der beiden Ringe 28 und 30 zwangs­ läufig stark, sobald der Zuspannweg a durch Einspannen des De­ formationsring-Innenbundes 30′ zwischen Spanmutter 32 und Wel­ len-Außenringschulter 46 begrenzt wird. Zum einen läßt sich dadurch die Montagelage der Flanschnabe 22 auf der Ritzelwel­ le 10 exakt bestimmen, ohne sie an einen wellenfesten Anschlag anlegen zu müssen; zum anderen kann die Spannmutter 32 mit Hil­ fe eines Schraubers drehmomentabhängig angezogen werden, wobei die maximale Vorspannkraft durch das Zusammenwirken von Defor­ mationsring-Innenbund 30′ und Wellen-Außenringschulter 46 be­ stimmt wird.

Claims (10)

1. Anordnung eines innenverzahnten Bauteils auf einem Viel­ keilprofil einer Welle, bei der das Bauteil auf der Welle axial zwischen Ringen eingespannt und über eine dem einen Ring zuge­ ordnete Spannmutter gegen einen dem anderen Ring zugeordneten, wellenseitigen Axialanschlag verspannbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der dem wellenseitigen Axialanschlag (Ringschulter 34) zu­ geordnete Ring einen Deformationsring (28) und der andere Ring einen elastischen Stützring (30) bildet,
daß der Deformationsring (28) bei lediglich im elastischen Ver­ formungsbereich liegender Belastung des Stützringes (30) pla­ stisch verformbar ist
und daß der Verformungsgrad des Deformationsringes (28) und des Stützringes (30) durch einen im Zuspannweg der Spannmutter (32) liegenden, wellenseitigen Anschlag (Außenringschulter 46) be­ grenzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deformationsring (28) und Stützring (30) aus Metall, bspw. Aluminium oder aus thermoplastischem Kunststoff bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deformationsring (28) einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweist und zwischen komplementären Gegenflächen (34 und 40) von Axialanschlag (34) und Bauteil (20) eingespannt ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deformationsring (28) von einem stirnseitigen Kragen (22′) des Bauteils (20) überfangen ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (30) in einem seinem Außendurchmesser ent­ sprechend erweiterten Abschnitt der die Welle (10) aufnehmenden Ausnehmung des Bauteils (20) angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deformationsring (28) eine dem Vielkeilprofil (14) ent­ sprechende Innenverzahnung (42) aufweist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Ringflächen von Deformationsring (28) und Stützring (30) unterschiedlich groß sind.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deformationsring (28) als Flachring ausgebildet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Deformationsring (28) und Stützring (30) aus unterschied­ lichen Materialien bestehen.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (30) einen Innenbund (30′) aufweist, der in seiner Ausgangslage zur Wellenaußenringschulter (46) einen dem Zuspannweg entsprechenden Abstand hat.