DE4419342C1 - Kupplung zur Verbindung zweier Wellen - Google Patents

Kupplung zur Verbindung zweier Wellen

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Manfred Niederhuefner
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur drehstarren Verbindung zweier, eine gemeinsame Drehachse aufweisender Wellen mit den beiden Wellen zugehörigen Drehmomentübertragungsmitteln und mit Spannmitteln zur axialen Verspannung der Wellen an ihren Stirn­ flächen gegeneinander, wobei die Spannmittel zwei Spannhülsen umfassen, die miteinander über Gewinde axial verschraubt sind, und wobei jeweils einer Welle eine Spannhülse zugeordnet ist und an dieser axial abgestützt ist.
Eine solche Kupplung ist in der DE 4 40 816 beschrieben. Dabei sind die Stirnflächen der beiden Wellen verzahnt. Über Spannhül­ sen sind die Stirnflächen der beiden Wellen axial gegeneinander verspannt. Die Anordnung der Verzahnung an den Stirnflächen ist aufwendig. Darüber hinaus werden durch die Verzahnungen bei Drehmomentübertragung Axialkräfte erzeugt, welche die Spannhül­ sen aufzufangen haben. Die Fertigung der Verzahnung an den Stirnflächen ist mit einer hohen Genauigkeit herzustellen, um zu verhindern, daß Fluchtungsfehler der beiden miteinander zu ver­ bindenden Wellen eintreten können. Die Genauigkeit der Ausrich­ tung der beiden Wellen zueinander erfolgt nämlich über die Ver­ zahnung an den Stirnflächen. Des weiteren erfordert die Montage einen Axialweg, der nicht immer bei eingebautem Zustand einer Welle zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zur Verbindung zweier Wellen vorzuschlagen, die einfach im Aufbau ist und fertigungsfreundlich ist, so daß in einfacher Weise eine Zentrierung der Wellen zueinander möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wel­ len zu ihren aneinander abgestützten Stirnflächen hin einen von ihrem Außenumfang vorstehenden Bund vorbestimmter axialer Länge aufweisen, daß die Bunde an ihren Außenflächen mit Drehmoment­ übertragungsmitteln versehen sind, daß die erste Spannhülse eine Bohrung, die mit zu den Drehmomentübertragungsmitteln der Bunde axial formschlüssig in Eingriff bringbare Drehmomentüber­ tragungsmitteln versehen ist und eine mit Gewinde versehene Fläche aufweist, und daß die zweite Spannhülse mit einem zum Gewinde der ersten Spannhülse passenden Gewinde versehen ist.
Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß die auf der Außen­ fläche der Welle im Bereich deren Bunde angeordneten Verzahnun­ gen in einfacher Weise hergestellt werden können. Eine Herstel­ lung kann beispielsweise durch Räumen, Walzen, Hämmern oder dergleichen erfolgen. Darüber hinaus kann auch das Profil in der Hülse in einfacher Weise hergestellt werden. Die Zentrierung der beiden Wellen zueinander erfolgt über die auf die Bunde aufge­ schobene Spannhülse. Ferner sind nur kurze axiale Montagewege erforderlich.
Vorzugsweise sind als Drehmomentübertragungsmittel Verzahnungen vorgesehen, deren Zähne parallel zur Längsachse verlaufen. Dabei bieten sich vor allem Evolventenverzahnungen an. Die Evolventen­ verzahnung ist insofern günstig, weil sie nur kleine Zahnhöhen zur Folge hat, um das erforderliche Drehmoment übertragen zu können. Aus diesem Grunde ergibt sich auch in radialer Richtung eine kleinbauende Kupplung.
Um die Zentrierung günstig zu beeinflussen, ist vorgesehen, daß die Verzahnungen mit einem leichten Festsitz ineinandergesteckt sind. Dieser leichte Festsitz erlaubt aber immer noch eine leichte Montage und Demontage. Alternativ ist es möglich, als Drehmomentübertragungsmittel einen Vielkant auf den Bunden vor­ zusehen. Die Spannhülse weist eine entsprechende Bohrung auf.
Hinsichtlich der ersten Spannhülse sind zwei Bauweisen möglich. Nach einer ersten Ausbildungsform ist die erste Spannhülse durch einen Sicherungsring an der zugehörigen Welle axial festgelegt. Der Vorteil bei einer solchen Ausbildung ist, daß der Siche­ rungsring in der Bohrung der Spannhülse angeordnet werden kann. Die Spannhülse ist besonders einfach herstellbar, weil die Ver­ zahnung in der Bohrung der Spannhülse beispielsweise durch Räu­ men hergestellt werden kann oder aber die Spannhülse beispiels­ weise als kaltfließgepreßtes Profilrohr hergestellt werden kann, welches die Verzahnung aufweist. Die einzelnen Spannhülsen kön­ nen dann durch Ablängen erzeugt werden und anschließend kann die Nut spanend in die Bohrung eingebracht werden, um den Siche­ rungsring aufzunehmen und ferner kann das Gewinde auf der Außen­ fläche der Spannhülse angebracht werden. Die Drehsicherung der Hülse erfolgt über die Verzahnungen, so daß auch die nötige Gegenkraft beim Aufschrauben der zweiten Spannhülse gegeben ist.
Alternativ ist es möglich, mindestens eine der Spannhülsen durch einen Kragen an der zugehörigen Welle axial abzustützen. Bei einer solchen Ausbildung ist hinsichtlich der ersten Spannhülse, die in der Bohrung die Verzahnung aufweist, die Herstellung im Wege des spanlosen Umformens vorzugsweise anzuwenden.
Zur Abstützung sind die beide Bunde jeweils mit einer Ringfläche versehen, gegen die sich der jeweilige Kragen der zugehörigen Spannhülse axial anlegen kann.
Eine besonders günstige Lösung ergibt sich, wenn die Kupplung Bestandteil einer Gelenkwelle ist, die aus zwei Gleichlaufgelen­ ken besteht, die über eine Welle verbunden sind. Die Welle kann dabei geteilt werden, so daß sich zwei Wellenabschnitte ergeben, die über die Kupplung verbunden werden können. Hieraus entsteht die Möglichkeit, die Welle im Bereich der Kupplung auch nach Einbau der Gelenkwelle beispielsweise in ein Kraftfahrzeug wie­ der zu trennen, um Reparaturarbeiten vornehmen zu können. Bei solchen, in Fahrzeugen eingebauten Gelenkwellen steht nur wenig Bauraum zur Verfügung. Wenn beispielsweise ein Faltenbalg eines der Gelenke zerstört ist, muß zum Austausch desselben die gesam­ te Gelenkwelle ausgebaut werden, was zur Folge hat, daß das getriebeseitige Gelenk vom Differential gelöst werden muß und darüber hinaus ggfs. die Radlagereinheit vom Radträger zu lösen ist, um das radseitige Gelenk demontieren zu können. Anschlie­ ßend ist eine Zerlegung erforderlich, um die Welle mindestens einseitig von einem der Gleichlaufgelenke zu trennen, damit ein neuer Faltenbalg aufgeschoben werden kann. Durch die vorgesehene Trennmöglichkeit unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kupplung ergibt sich eine vereinfachte Demontage und Wiederholmontage, um Austauscharbeiten vornehmen zu können.
Da in der Regel die Gleichlaufgelenkwellen auch eine Verschiebe­ möglichkeit vorsehen, kann für den erforderlichen kurzen Monta­ geweg, den die Kupplung erfordert, beispielsweise dann, wenn die erste Spannhülse axial auf dem Bund festgelegt ist, der Ver­ schiebeweg, den ein Gleichlaufgelenk ausführen kann oder für die ein separates Schiebeteil vorgesehen ist, genutzt werden.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Abstützung der ersten Spannhülse ebenfalls über einen Kragen an der zugehörigen Welle erfolgt, ist praktisch kein axialer Montage- bzw. Demontageweg erforderlich, um die Spannhülse mit den Verzahnungen der beiden Bunde in Eingriff zu bringen. Die erste Spannhülse kann einfach abgezogen werden. Hierdurch wird eine radiale Montage der beiden Wellen zur Ausrichtung zueinander erreicht.
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine Gelenkwelle mit zwei Gleichlaufgelenken und einer erfindungsgemäßen Kupplung zur Verbindung zwei Wel­ lenabschnitte, von denen je einer einem der Gleichlauf­ gelenke zugeordnet ist.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kupplung im vergrößerten Maßstab und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 als Bestand­ teil der Gelenkwelle dargestellte weitere Ausführungs­ form der Kupplung, jedoch im vergrößerten Maßstab zu dem nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Gelenkwelle 1 dargestellt. Die Gelenkwelle 1 weist ein erstes Gleichlaufgelenk 2 auf, welches ein Gelenk­ außenteil 4, ein im Hohlraum des Gelenkaußenteils 4 angeordnetes Gelenkinnenteil 5 und Kugeln 6, die in umfangsverteilt in der Innenfläche des Gelenkaußenteiles 4 und der Außenfläche des Gelenkinnenteils 5 verlaufenden Bahnen aufgenommen und durch einen Käfig 7 gehalten sind, umfaßt. Das Gelenkaußenteil 4 und das Gelenkinnenteil 5 können zueinander Winkelbewegungen aus­ führen und es kann vom Gelenkaußenteil 4 zum Gelenkinnenteil 5 bzw. umgekehrt ein Drehmoment übertragen werden. Zum Anschluß des Gelenkaußenteiles 4 an ein treibendes oder anzutreibendes Teil, beispielsweise an den Radflansch eines Kraftfahrzeuges bezüglich eines dessen angetriebener Räder, dient ein Anschluß zapfen 9, der in die Radnabe eingeschoben wird. Das Gelenkinnen­ teil 5 ist mit einem Wellenzapfen 8 verbunden.
Das zweite Gleichlaufgelenk 3 ist im Prinzip so aufgebaut, wie das erste Gleichlaufgelenk 2. Zum Anschluß ist ein Zapfen 11 vorgesehen, der beispielsweise zur Verbindung mit dem Abtriebs­ kegelrad eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeuges dient. Um Änderungen hinsichtlich des Abstandes zwischen den beiden Gleichlaufgelenken 2, 3 zuzulassen, ist in die Verbindung zwi­ schen den beiden Innenteilen 5 der beiden Gleichlaufgelenke 2, 3 ein Schiebeteil 13 integriert. Dieses ist durch die an das Ge­ lenkinnenteil des zweiten Gleichlaufgelenkes 3 angeschlossene Schiebehülse 10 und die mit diesem zusammenarbeitende Welle 12 gebildet. Dabei sind zwischen der Welle 12 und der Schiebehülse 10 Kugeln zur Drehmomentübertragung in Nuten angeordnet. Diese lassen eine Verschiebung von Welle 12 und Schiebehülse 10 be­ züglich der Längsachse 17, die die Drehachse der Welle 12 dar­ stellt, zu.
Der Wellenzapfen 8 und die Welle 12 stellen jeweils Wellen dar, die über eine Kupplung 14 miteinander verbunden sind. Die Ab­ dichtung der Gleichlaufgelenke 2, 3 zu der die Verbindung zwi­ schen den Gelenkinnenteilen 5 der beiden Gleichlaufgelenke 2, 3 bildenden Verbindungswelle, die durch die beiden Wellen 8, 12 dargestellt wird, erfolgt über Faltenbälge 15, 16. Die Faltenbäl­ ge 15, 16 dienen dazu, daß das zur Schmierung der Gleichlaufge­ lenke 2, 3 und des Schiebeteils 13 erforderliche Schmiermittel eingeschlossen gehalten wird. Um die Demontage der Gelenkwelle 1 beispielsweise zu Reparaturzwecken in einem Fahrzeug zu er­ leichtern, ist die Trennung im Bereich der Kupplung 14 vorgese­ hen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Kupplung 14 weist der die erste Welle 8 darstellende Wellenzapfen gemäß Fig. 1 einen Bund 18 zur Stirnfläche 20 hin auf, der mit einer Verzahnung 24 versehen ist, deren Zähne parallel zur Drehachse 17 verlaufen. Ferner bildet der Bund 18 eine Anlagefläche 22 in Form einer Ringfläche.
Die zweite Welle 12 weist zu ihrer Stirnfläche 21 hin ebenfalls einen Bund 19 auf, der auf seiner Außenfläche mit einer Verzah­ nung 24 versehen ist, die der Verzahnung 24 des ersten Bundes 18 der Welle 8 entspricht. Der Bund 19 bildet eine weitere Anlage­ fläche 23, die als Ringfläche gestaltet ist. Eine erste Spanhül­ se 25 weist eine Bohrung 28 mit einer Verzahnung 26 auf. Die Verzahnung 26 ist passend zu den Verzahnungen 24 der beiden Bunde 18, 19 ausgebildet und beispielsweise durch eine Evolven­ tenverzahnung dargestellt. An einem Ende besitzt die erste Spannhülse 25 einen radial nach innen gerichteten Kragen 27, der gegen die Anlagefläche 22 anliegt. Auf ihrer Außenfläche besitzt die erste Spannhülse 25 ein Gewinde 29. Die erste Spannhülse 25 ist mit ihrer Verzahnung 26 über die beiden Verzahnungen 24 der beiden Bunde 18, 19 geschoben, so daß eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Wellen 8, 12 gegeben ist. Die zweite Spann­ hülse 30 besitzt einen radial nach innen verlaufenden Kragen 31, der sich gegen die Anlagefläche 23 des Bundes 19 im verspannten Zustand abstützt. In der Bohrung der zweiten Spannhülse 30 ist ein zum Gewinde 29 der ersten Spannhülse 25 passendes Gewinde 32 eingebracht. Die zweite Spannhülse 30 wird mit ihrem Gewinde 32 auf das Gewinde 29 der ersten Spannhülse 25 aufgeschraubt, so daß sich der Kragen 27 der ersten Spannhülse 25 axial gegen die Anlagefläche 22 des Bundes 18 und die zweite Spannhülse 30 mit ihrem Kragen 31 axial gegen die Anlagefläche 23 des Bundes 19 anlegt. Bei weiterem Aufschrauben der Spannhülse 30 werden die Stirnflächen 20, 21 der beiden Wellen 8, 12 axial gegeneinander gepreßt. Die zweite Spannhülse 30 kann beispielsweise mit Schlüsselflächen versehen sein, um über einen Schraubenschlüssel das erforderliche Drehmoment zur Verschraubung derselben mit der ersten Spannhülse 25 aufzubringen. Bei dieser Ausführungsform ist es jedoch erforderlich, daß die Welle 8 ein separates Teil darstellt, das beispielsweise über eine Steckverzahnung mit dem Gelenkinnenteil eines Gleichlaufdrehgelenkes verbunden ist, damit die erste Spannhülse 25 über die Welle 8 geschoben werden kann.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Kupplung 14, die auch in Fig. 1 dargestellt ist, ist die erste Spann­ hülse 25 ohne Kragen, d. h. durchgehend als Hülse mit einer Durchgangsbohrung 28 gestaltet, in welcher die Verzahnung 26 eingebracht ist. In der Bohrung 28 der ersten Spannhülse 25 ist ferner eine Nut 35 angeordnet, die zu einer Nut 34 in dem Bund 18 der Welle 8 korrespondiert. Die Nut 34 im Bund 18 ist so tief, daß der Sicherungsring 33 beim Aufschieben der ersten Spannhülse 25 mit ihrer Verzahnung 26 auf die Verzahnung 24 des ersten Bundes 18 in diese eintauchen und die erste Spannhülse 25 die Außenfläche des Sicherungsringes 33 passieren kann. Gelangen die beiden Nuten 34, 35 in eine übereinstimmende Position, so kann der Sicherungsring 33 sich radial ausdehnen und in die Nut 35 der ersten Spannhülse 25 eingreifen.
Auf der Außenfläche der ersten Spannhülse 25 ist darüber hinaus eine weitere Aufnahmenut 36 angeordnet, in der ein Faltenbalg festgelegt werden kann. Ferner weist die erste Spannhülse 25 zum Bund 19 der Welle 12 hin ein Gewinde 29 auf. Die Verzahnung 26 der ersten Spannhülse 25 überdeckt axial zumindest teilweise auch die Verzahnung 24 des Bundes 19 der Welle 12. Die zweite Spannhülse 30 besitzt einen Kragen 31 und in ihrer Bohrung 1 ein zum Gewinde 29 der ersten Spannhülse 25 passendes Gewinde 32. Sie ist mit diesem auf die erste Spannhülse 25 aufgeschraubt. Sie legt sich mit ihrem Kragen 31 axial gegen die Anlagefläche 23 der Welle 12 an und verspannt somit die beiden Wellen 8, 12 an ihren Stirnflächen 20, 21 gegeneinander. Die entsprechende axiale Gegenkraft wird durch den Sicherungsring 33, welcher die erste Spannhülse 25 axial zur Welle 8 hält, aufgebracht.
Bezugszeichenliste
1 Gelenkwelle
2 erstes Gleichlaufgelenk
3 zweites Gleichlaufgelenk
4 Gelenkaußenteil
5 Gelenkinnenteil
6 Kugeln
7 Käfig
8 Wellenzapfen/Welle
9 Anschlußzapfen
10 Schiebehülse
11 Anschlußzapfen
12 Welle
13 Schiebeteil
14 Kupplung
15, 16 Faltenbalg
17 Drehachse
18, 19 Bund
20, 21 Stirnfläche
22, 23 Anlagefläche
24 Verzahnung der Bunde
25 erste Spannhülse
26 Verzahnung der ersten Spannhülse
27 Kragen der ersten Spannhülse
28 Bohrung
29 Gewinde der ersten Spannhülse
30 zweite Spannhülse
31 Kragen der zweiten Spannhülse
32 Gewinde der zweiten Spannhülse
33 Sicherungsring
34, 35 Nut
36 Aufnahmenut

Claims (10)

1. Kupplung (14) zur drehstarren Verbindung zweier, eine ge­ meinsame Drehachse (17) aufweisender Wellen (8, 12), mit den beiden Wellen (8, 12) zugehörigen Drehmomentübertragungs­ mitteln (24) und mit Spannmitteln zur axialen Verspannung der Wellen (8, 12) an ihren Stirnflächen (20, 21) gegenein­ ander, wobei die Spannmittel zwei Spannhülsen (25, 30) um­ fassen, die miteinander über Gewinde (29, 32) axial ver­ schraubt sind, und wobei jeweils einer Welle (8 bzw. 12) eine Spannhülse (25 bzw. 30) zugeordnet ist und an dieser axial abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (8, 12) zu ihren aneinander abgestützten Stirnflächen (20, 21) hin einen von ihrem Außenumfang vor­ stehenden Bund (18, 19) vorbestimmter axialer Länge aufwei­ sen, daß die Bunde (18, 19) an ihren Außenflächen mit Dreh­ momentübertragungsmitteln (24) versehen sind, daß die erste Spannhülse (25) eine Bohrung (28), die mit zu den Drehmomentübertragungsmitteln (24) der Bunde (18, 19) axial formschlüssig in Eingriff bringbare Drehmomentübertragungs­ mitteln (26) versehen ist und eine mit Gewinde (29) ver­ sehene Fläche aufweist, und daß die zweite Spannhülse (30) mit einem zum Gewinde (29) der ersten Spannhülse (25) pas­ senden Gewinde (32) versehen ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungsmittel als Verzahnungen (24) gestaltet sind, deren Zähne parallel zur Längsachse (17) verlaufen.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (24) als Evolventenverzahnung gestal­ tet sind.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (24) mit leichtem Festsitz ineinander gesteckt sind.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannhülse (25) durch einen Sicherungsring (33) an der zugehörigen Welle (8) axial festgelegt ist.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Spannhülsen (25, 30) durch einen Kragen (27, 31) an der zugehörigen Welle (8, 12) axial abge­ stützt ist.
7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (27, 31) axial gegen eine Ringfläche (23) des Bundes (18, 19) anliegt.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Gelenkwelle (1) zur Verbin­ dung einer mit einem ersten Gleichlaufgelenk (2) der Ge­ lenkwelle (1) verbundenen Welle (8) oder Wellenzapfen und mit einer mit dem zweiten Gleichlaufgelenk (3) der Gelenk­ welle (1) verbundenen Welle (12) oder Wellenzapfen.
9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Gleichlaufgelenke (2, 3) als Verschiebungen zulassendes Gelenk ausgebildet ist.
10. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine (12) der Wellen (8, 12) oder der Wellenzapfen ein Schiebeteil (13) aufweist.
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