DE4407521A1 - Zentrierte Fügeverbindung und Verfahren hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zentrierte Füge­ verbindung zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie auf ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, vorzugsweise einer Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle eines Fahrzeuggetriebes unter Verwendung einer solchen FügeVerbindung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Der bekannte Stand der Technik sieht Fügeverbindungen zweier rotierender Elemente am Beispiel der Koppelung einer Gelenkwelle im Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Hinterachsgetriebe durch Spielpassung der zu fügenden Elemente vor. Durch das Spiel in der Passung kann ein Mittenversatz entstehen, welcher zu Unwuchten im Antriebsstrang führt. Die Folge sind unangenehme Schwin­ gungen im Fahrzeuginnenraum.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, zwei rotierende Ele­ mente so ineinanderzufügen, daß derartige Schwingungen durch Unwuchten nicht entstehen können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Fügeverbindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6 wird für ein Verfahren Schutz beansprucht, mit dem in einem bevorzugten Fall eine Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges mit einer Getriebewelle durch eine Fügeverbindung nach der Erfindung gekoppelt wird.

Die plastische Verformung des einen Fügepartners durch den anderen ergibt nach dem Fügevorgang eine eindeutige, zentrierte Lage der beiden Teile zueinander. Werden die Teile demontiert und wieder zusammengefügt, nehmen sie aufgrund der plastischen Ausformung wieder die gleiche Lage ein, wie sie sich durch den Fügevorgang ergeben hat. Ein nachträgliches Zentrieren oder Auswuchten entfällt.

Durch die plastische Verformung können des weiteren die Passungstoleranzen größer gehalten werden, was sich kostengünstig in der Fertigung auswirkt.

Dadurch, daß der eine Fügepartner den anderen plastisch verformt, ist sichergestellt, daß zwischen den beiden Fügepartnern kein Spiel und damit keine unerwünschte Un­ wucht entsteht. Es wird bei einer Anwendung im Kraftfahr­ zeug die Akustik im Fahrzeuginnenraum verbessert, die Auslieferungsqualität erhöht, sowie eine Reduzierung der Nacharbeit erreicht. Insgesamt führen all diese Punkte zu einer Reduzierung der Herstellungs- bzw. Betriebskosten eines solchen Fahrzeuges.

In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Innenwand der Aufnahmeöffnung des einen Bauteils konzentrisch am ge­ samten Umfang radial nach innen eingeprägt. Beim Fügen drückt das Gegenstück diese Prägung nach außen und ver­ formt sie in der erfindungsgemäßen plastischen Weise.

Anstelle einer Einprägung am gesamten Umfang kann es zweckmäßig sein, mehrere über den Umfang verteilte, von­ einander beabstandete Einprägungen vorzusehen. Dadurch wird die Fügekraft geringer, trotzdem aber bleiben durch die plastische Verformungen der einzelnen Einprägungen die Vorteile der Erfindung erhalten.

Bewährt haben sich dabei Einprägungen, die halbmond- oder segmentförmig gestaltet sind. Dabei kann am Umfang ver­ teilt sowohl die eine Form als auch die andere ab­ wechselnd angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, alle Einprägungen nur in einer Form auszuführen.

Eine Prägung in der oben beschriebenen Art und Weise kann ganz entfallen, wenn durch die Wahl der Einzeltoleranzen der zu fügenden Bauteile eine ausreichende Randverformung erreicht wird.

In jedem Fall definieren die Einprägungen bzw. die sich verformenden Abschnitte vor ihrer Verformung den Zentrierdurchmesser, bezogen auf die Drehachse der zu fügenden Bauteile.

Soweit eine geringfügige elastische Verformung die plastische Verformung überlagert, ist dies unschädlich, solange die Vorteile der Erfindung erzielt werden.

Um die Bauteile während des Fügevorgangs sicher zu zentrieren, ist es weiter vorteilhaft, die Stirnseite der Welle, die der Aufnahmeöffnung zugewandt ist, zu einem Zentrierkegel auszuformen.

Wie bereits erwähnt, läßt sich die Fügeverbindung be­ sonders gut im Kraftfahrzeugbereich zwischen einer Ge­ lenkwelle und einer Getriebewelle anwenden. Für den Füge­ vorgang selbst kann in erfindungsgemäßer Weise ein Ver­ fahren eingesetzt werden, das sich eines Fügewerkzeugs bedient. Das Fügewerkzeug umklammert die zu fügenden Bau­ teile und verschiebt sie planparallel und damit zentriert bis auf Anschlag ineinander. Danach werden die Bauteile miteinander verschraubt und zum Schluß das Fügewerkzeug entfernt. Das Fügewerkzeug kann wahlweise mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, die anhand der Zeichnung genauer erklärt werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ge­ lenkwelle eines Kraftfahrzeuges, die mit einer Antriebswelle eines Ausgleichs­ getriebes verbunden ist,

Fig. 2a in vergrößertem Maßstab, die in Fig. 1 mit Kreis A dargestellten zu fügenden Ab­ schnitte der beiden Bauteile,

Fig. 2b die gefügten Abschnitte,

Fig. 3 eine erste Möglichkeit einer Einprägung der Innenwand der Aufnahmeöffnung und

Fig. 4 eine zweite Prägekontur.

Die Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Gelenkwelle 1 eines Kraftfahrzeuges. Die Gelenkwelle 1 ist mit ihrem nicht dargestellten Abschnitt mit einem Wechselgetriebe verbunden und führt andererseits zu einer Antriebswelle 2 eines insgesamt mit 3 bezeichneten, wiederum nur ange­ deuteten Ausgleichs- bzw. Hinterachsgetriebe. An den einander zugewandten Abschnitten weisen die Gelenkwelle 1 und die Antriebswelle 2 Verbindungsstücke auf, die zentriert ineinander gefügt sind. Bei den Verbindungs­ stücken handelt es sich um einen Befestigungsflansch 4, der unverdrehbar auf der Antriebswelle 2 sitzt, sowie um einen Gelenkring 6, der den Außenring eines an der Ge­ lenkwelle 1 befestigten Gleichlaufgelenks bildet. Der Be­ festigungsflansch 4 weist eine kreisrunde Aufnahmeöffnung 5 auf, in die der Gelenkring 6 eingepaßt ist, wie nach­ folgend genauer beschrieben wird. Beide Teile sind darüber hinaus miteinander verschraubt, die Zeichnung läßt dies allerdings nicht erkennen.

Die Fügeverbindung bzw. der Fügevorgang ist in den Fig. 2a und 2b genauer dargestellt. Der Befestigungs­ flansch 4 und der Gelenkring 6 sind gegenüber Fig. 1 in vergrößertem Maßstab gezeichnet, und jede der Fig. 2a, 2b zeigt nur einen Abschnitt und zwar die Fig. 2a den oberen, über der Rotationsachse liegenden Abschnitt und die Fig. 2b den unteren Abschnitt. Aus Fig. 2a ist weiter ein schematisch dargestelltes Fügewerkzeug 7 er­ kennbar, das durch einen hydraulischen Arbeitszylinder 8 angetrieben wird. Das eigentliche Zylindergehäuse ist mit einer Anlageplatte 9 verbunden, während der Kolben bzw. die Kolbenstange auf eine weitere, planparallel zu der Platte 9 liegenden Anlageplatte 10 wirkt.

Die Anlageplatten 9 und 10 umklammern den Befestigungs­ flansch 4 und den Gelenkring 6. Wird der Kolben des Ar­ beitszylinders beaufschlagt, schiebt er über die An­ lageplatte 10 den Gelenkring 6 in Richtung der Aufnahme­ öffnung 5 des Befestigungsflansches 4. Es ist erkennbar, daß der Gelenkring 6 an seiner der Aufnahmeöffnung 5 zu­ gewandten Stirnseite einen Zentrierkegel 6a aufweist. Auf diese Weise fädelt der Gelenkring 6 sicher - und durch die planparallele Verschiebung über die Anlageplatten 9 und 10 zentriert - in die Aufnahmeöffnung 5 ein.

Der Außendurchmesser des Gelenkringes 6 ist größer ge­ wählt als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 5, es liegt also eine Preßpassung vor. Drückt der Arbeits­ zylinder 8 den Gelenkring 6 vollständig in den Be­ festigungsflansch 4 hinein, weitet sich aufgrund der Ab­ messungsverhältnisse plastisch die Aufnahmeöffnung 5a. In Fig. 2b ist dies durch den nach außen gebogenen Rand 5a dargestellt. Begrenzt wird der Fügevorgang durch den als Anschlag dienenden Boden 5b der Aufnahmeöffnung 5. Durch die plastische Verformung bleibt der ausgebogene Rand 5a in seiner gezeichneten Lage auch dann, wenn der Gelenk­ ring wieder aus der Aufnahmeöffnung herausgenommen wird.

In Fig. 2 nicht dargestellt, wird als nächster Ver­ fahrensschritt der Befestigungsflansch 4 mit dem Gelenk­ ring 6 verschraubt über mehrere, am Umfang verteilte Schrauben. Als letzter Abschnitt wird das Fügewerkzeug abgenommen. Allerdings kann es auch schon dann entfernt werden, wenn die Teile erst teilweise miteinander ver­ schraubt sind.

Um eine sichere und gezielte plastische Verformung des Randes 5a der Aufnahmeöffnung 5 zu erreichen, kann er an seinem gesamten Umfang in der in Fig. 2b gezeigten Weise aufgeweitet werden. Demgegenüber weist nach Fig. 3 - sie zeigt nur einen Ausschnitt des Randes 5a - der Rand 5a über seinen Umfang verteilt in gleichmäßigen Abständen segmentförmige Einprägungen 11 auf, die radial einwärts gerichtet sind. Diese Einprägungen 11 werden beim Füge­ vorgang nach außen plastisch verformt.

In ähnlicher Weise sind halbmondförmige Ausprägungen 12 nach Fig. 4 vorgesehen. Durch entsprechende Auswahl der Ausprägungen 11 nach Fig. 3 bzw. 12 nach Fig. 4 läßt sich gezielt die Fügekraft bzw. die plastische Verformung steuern.

Claims (6)

1. Zentrierte Fügeverbindung zweier Bauteile, ins­ besondere zwischen einer Gelenkwelle eines Kraft­ fahrzeuges und einer Getriebeeingangs- oder Getriebeausgangswelle, bei der das eine Bauteil als Welle in eine Aufnahmeöffnung des anderen Bauteils eingeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen der Welle (Gelenkring 6) gegenüber den Innenabmessungen der Aufnahmeöffnung (5) so dimensioniert sind, daß sich beim Fügevorgang die Innenwand der Aufnahmeöffnung (5) wenigstens teil­ weise plastisch verformt.

2. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwand der Aufnahmeöffnung (5) des einen Bauteils (Befestigungsflansch 4) kon­ zentrisch am ganzen Umfang eine nach innen ge­ richtete auf die Drehachse abgestimmte Prägung auf­ weist.

3. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwand der Aufnahmeöffnung (5) über den Umfang verteilt wenigstens drei voneinander beabstandete Prägungen (11, 12) vorsieht.

4. Fügeverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prägekontur der einzelnen Prä­ gungen (11, 12) halbmond- und/oder segmentförmig ge­ staltet sind.

5. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das als Welle ausgebildete Bauteil (Gelenkring 6) an seinem der Aufnahmeöffnung (5) zugewandten Stirnseite einen Zentrierkegel (6a) aufweist.

6. Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile, vorzugs­ weise einer Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges mit einer Antriebs- oder Abtriebswelle eines Fahrzeug­ getriebes unter Verwendung einer Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Getriebe­ welle einen Befestigungsflansch (4) mit einer Auf­ nahmeöffnung (5) für die Fügeverbindung aufweist und bei dem die zu verbindenden Abschnitte (Gelenkring 6 und Befestigungsflansch 4) der Bauteile von einem Fügewerkzeug umklammert werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu verbindenden Abschnitte durch das Fügewerkzeug (7) planparallel bis auf Anschlag ineinandergeschoben und vor Absetzen des Füge­ werkzeugs (7) miteinander verschraubt werden.