DE4429256A1 - Axiale Sicherung einer Zahnwellenverbindung - Google Patents

Axiale Sicherung einer Zahnwellenverbindung

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Description

Die Erfindung betrifft eine axiale Sicherung einer Zahnwellenverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine ähnliche Sicherung ist aus der DE-PS 41 09 481 bekannt, wobei ein Sprengring besonderer Form, beim Einstecken der Welle in die Nabe, in einer tiefen Nut der Welle eingeschnürt wird und nach Erreichung der Endposition in eine Nut der Nabe hineinspringt. Der Sprengring befindet sich innerhalb des axialen Bereiches der Verzahnung, so daß er zumin­ dest von der einen Seite her weder sichtbar noch mittels Werkzeuge zur Demontage erreichbar ist. Eine Sichtkontrolle des montierten Spren­ gringes ist somit nicht gegeben und zudem eine zerstörungsfreie Aus­ ziehsicherung nur kraftschlüssig auslegbar. Nachteilig ist ferner die Teilung bzw. Schwächung der Verzahnung und die starke Verformung des Sicherungsringes bei der Montage und Demontage. Für die Herstellung der Nuten inmitten der Verzahnungen ist außerdem ein separater Vorgang erforderlich, wobei unerwünscht scharfe, mit Grat behaftete Kanten entstehen können.
Eine weitere Sicherung ist aus der DE-PS 42 07 839 bekannt, bei der besondere Konturen im axialen Bereich der Verzahnung der Welle und der Nabe erforderlich sind, mittels derer der Sprengring, beim Einstecken der Welle in die Nabe, von einer Nut in eine zweite Nut der Welle und gleichzeitig in eine Nut der Nabe geschoben wird. Diese Anordnung beansprucht ebenfalls einen Teil des Übertragungsbereiches der Verzahnung, ist ebenfalls aufwendig in der Herstellung sowie in der Handhabung, vor allem bei einer Demontage.
Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache, kosten­ günstige und zuverlässige axiale Sicherung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche von der einen Seite optisch kontrollierbar und zerstö­ rungsfrei demontierbar und zudem in den Grenzen zwischen formschlüs­ sig und kraftschlüssig auslegbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die axial getrennte Anordnung der Verzahnung und die Sicherung schafft die Voraussetzung, die Auslegung beider Funktionen voneinander unabhängig zu gestalten und somit zu optimieren und dem jeweiligen Anwendungszweck bzw. Herstellverfahren mit einfachen konstruktiven Mitteln leicht anzupassen. Durch die Anordnung der Sicherung auf der Einsteckseite ist der Sprengring, nach dem Einstecken der Welle in die Nabe, auf einfache Weise durch die Öffnung der Nabe hindurch, zwischen der Anschlag- und Tragfläche einbringbar und somit auch sichtbar und auf dem gleichen Wege umgekehrt demontierbar.
Bei einer Arretierung der Welle in Einsteckrichtung schlägt die Erfindung vor, diese im wesentlichen axial abseits des von der Ausziehsicherung beanspruchten Raumes anzuordnen, womit beide Sicherungungen auch voneinander unabhängig optimiert werden können.
Liegt die Anschlagfläche im wesentlichen im radialen Bereich der Ver­ zahnung, so kann der Durchmesser der Welle im axialen Bereich der Öffnung bzw. im anschließenden Bereich der Verzahnung im wesentlichen dem Fußkreisdurchmesser der Verzahnung entsprechen. Die Drehmoment­ festigkeit der Welle wird somit ausgeglichen bzw. optimiert und die Herstellung vereinfacht.
Damit die Tragfläche bspw. beim Räumen der Verzahnung der Nabe im wesentlichen nicht unterbrochen wird, schlägt die Erfindung vor, diese im wesentlichen radial außerhalb des Bereiches der Verzahnung anzu­ ordnen.
Die Länge der Anschlagfläche läßt sich durch eine kegelige Ausbildung vorteilhaft vergrößern. Die Auslegung der Sicherung wird damit er­ leichtert und die Formgebung der Welle stromlinienförmiger gestaltet. Dabei kann eine Sicherung dargestellt werden, wobei der Sprengring nur auf Druck belastet wird.
Eine Vereinfachung der Sichtkontrolle der Montage, aber auch eine we­ sentliche Erleichterung der Demontage ist dann erreichbar, wenn die Nut in zumindest eine von der einen Seite sichtbaren Ausnehmung der Nabe hineingreift. Der Sprengring wird damit sichtbarer und zugänglicher. Das Innenteil eines Kugelgleichlaufgelenkes ist in der Regel und insbesondere bei der sog. Rzeppa Bauart als Nabe ausgebildet, welche Kugellaufbahnen aufweist, die (oder deren Verlängerungen) als Ausnehmungen im Sinne der Erfindung eingesetzt werden können.
Die Wirkung der axialen Ausziehsicherung der vorliegenden Erfindung ist innerhalb weiter Grenzen auslegbar. Weist die Tragfläche einen Kegel­ winkel auf, der nicht kleiner ist als der Kegelwinkel der Anschlagfläche, so wirkt die Sicherung formschlüssig. Weist die Tragfläche einen Kegelwinkel auf, der kleiner ist als der Kegelwinkel der Anschlagfläche, so kann die Sicherung selbsthemmend bis kraftschlüssig wirken, je nach dem, ob die Winkeldifferenz etwa kleiner als die Summe der Reibwinkel der Anschlag- und Tragflächen zum Sprengring oder größer ausgelegt wird. In beiden Fällen kann die Tragfläche und die Anschlagfläche vom Sprengring axial vorgespannt werden, wobei eine spiel freie axiale Fixie­ rung hergestellt wird.
Eine Anschlagfläche und eine Anlagefläche sind auf kostengünstige und zuverlässige Weise durch einen radialen Vorsprung der Welle erreichbar.
Eine Fortsetzung der Enden des Sprengrings ermöglichen eine noch einfa­ chere Montage und Demontage. Der Abstand zwischen den Fortsetzungen dient gleichermaßen dazu, die Kontrolle der Montage "auf einen Blick" zu vollziehen. Eine besonders zweckmäßige und raumsparende Ausführung ergibt sich, wenn die Fortsetzungen des Sprengrings axial gerichtet sind bzw. wenn die Ausnehmung als eine begrenzte Ausweitung der Öffnung der Nabe ausgebildet ist
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind anhand der Figuren dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine formschlüssige axiale Fixierung bei einem Gleichlauf­ festgelenk der sog. Rzeppa Bauart,
Fig. 2 zeigt eine kraftschlüssige axiale Fixierung,
Fig. 3 zeigt eine axiale Fixierung auf einer Seite für beide Richtungen,
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren axialen Fixierung ähnlich Fig. 3,
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer noch weiteren axialen Fixierung ähnlich Fig. 3,
Fig. 6 zeigt eine besonders leicht bedienbare axiale Fixierung,
Fig. 7 zeigt eine Seitenteilansicht von Fig 6 in Einsteckrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines sog. Rzeppa Gleichlauffestgelenkes bestehend aus einer Glocke 5, einer Nabe 2, einem Kugelkäfig 4, welcher eine Anzahl von Kugeln 7 in den Bahnen bzw. Ausnehmungen 59 und 29 der Glocke 5 und Nabe 2 hält und einer Abstützscheibe 6. Die Verzahnung 13 am Ende der Welle 1 kann erst nach dem Zusammenbau des Gelenkes in die Verzahnung 23 der Nabe 2 eingeschoben bzw. eingesteckt werden. Die Welle 1 wird mit ihrer Anlagefläche 12 von der Gegenfläche 22 der Abstützscheibe 6 in Einsteckrichtung arretiert. Erst nach dem Einstecken der Welle 1 wird der Sprengring 3 durch die Öffnung 25 in die Nut 24 der Nabe 2 eingebracht, wobei der radiale Abstand 32 zwischen der Öffnung 25 und der Welle 1 geringfügig größer ist, als der Durchmesser des runden Sprengrings 3.
Das Herausziehen der Welle 1 wird dann vom Sprengring 3 über die Tragfläche 21 verhindert. Dabei ist die Anschlagfläche 11 schräg ausge­ bildet und die Tragfläche 21 bzw. der Auslauf der Nut 24 zur Öffnung 25 hin nahezu radial gerichtet, so daß die axiale Fixierung hier formschlüs­ sig wirkt wobei die Anschlagfläche 11, beim Herausziehen der Welle 1, den Sprengring 3 gegen die Tragfläche 21 in die Nut 24 hineindrückt.
Die Nut 24 bzw. der Sprengring 3 greifen in die Ausnehmungen 29 der Nabe 2 ein. Dadurch wird die Lage des montierten Sprengrings 3 durch die einzelnen Ausnehmungen 29 sichtbar und somit leicht kontrollierbar. Die Demontage wird durch radiales Eindrücken der sichtbaren Stellen des Sprengrings 3 ebenfalls erleichtert. Die Kontrolle der Montage und eine zerstörungsfreie Demontage sind aber auch ohne die Ausnehmungen 29 möglich.
Die Ausbildung der Ausziehsicherung ist auffallend einfach, jedoch sehr zweckmäßig. Die Verzahnungen 13 und 23 sind ohne Nute oder besondere Formgebungen und somit sowohl formstabil als auch kostengünstig her­ stellbar. Die Anschlagfläche 11 besteht lediglich aus den Seitenflächen der Verzahnung 13. Der Durchmesser der Welle 1 ist als Fortsetzung des Fußkreises der Verzahnung 13 und somit mit einem vergleichbaren polaren Widerstandsmoment ausgebildet.
Zwischen der Anschlagfläche 11 und dem Sprengring 3 ist eine unterbrochene quasi Linienberührung gegeben. Diese Paarung ist dennoch hoch belastbar, da die Oberfläche der Welle 1 in aller Regel aus Festig­ keitsgründen gehärtet wird, der Sprengring ebenfalls. Zwischen der Nut 24 und dem Sprengring 3 ist andererseits eine Flächenberührung vorgesehen, womit das Härten der Nabe 2 an dieser Stelle entbehrlich werden kann.
Die axiale Fixierung bzw. Ausziehsicherung der Zahnwellenverbindung von Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1, in dem die Nut 24 bzw. der Sprengring 3 nicht in etwaige Ausnehmungen der Nabe 2 hineingreift. Die Nut 24 ist ferner mit einer Tragfläche 21 versehen, welche beim Herausziehen der Welle 1 vom Sprengring 3 beaufschlagt wird. Diese weist einen Kegelwinkel 20 auf, der kleiner ist als der Kegelwinkel 10 der Anschlagfläche 11, so daß der Sprengring 3 beim Herausziehen der Welle 1 von der Nabe 2 mit einer entsprechenden Ausziehkraft sich einschnüren und demontieren läßt. Diese Kraft ist abhängig von den Kegelwinkeln 10 und 20, von der Vorspannung und vom Widerstand des Sprengrings 3, von einer etwaigen Preßpassung der Verzahnung und von den Reibwinkeln der Anschlagfläche 11 bzw. Tragfläche 21 zum Spreng­ ring 3. Eine kraftunabhängige bzw. formschlüssige Sicherung ist durch die entsprechende Anordnung der Kegelwinkel 10 bzw. 20 möglich.
Die Welle 1 von Fig. 3 weist einen radialen Vorsprung 15 mit einer ununterbrochenen Anschlagfläche 11 und einer Anlagefläche 12 auf. Die Welle 1 wird in Ausziehrichtung mittels der Tragfläche 21, dem Spreng­ ring 3 und der Anschlagfläche 11 und beim Einstecken mittels der Gegen­ fläche 22 der Nabe 2 und der Anlagefläche 12 arretiert. Die Auszieh­ sicherung ist formschlüssig ausgebildet, ähnlich Fig. 1. Dabei können eine oder mehrere Ausnehmungen 28 die Demontage des Sprengrings 3 bspw. mittels Schraubenzieher erleichtern. Der Vorsprung 15 liegt im radialen Bereich der Verzahnung 13, wobei die Anlagefläche 12 durch die Seitenflächen der Lücken zwischen den Zähnen 13 der Welle 1 und die Gegenfläche 22 durch die Seitenflächen der Zähne 23 der Nabe 2 gebildet werden.
Zwischen der Verzahnung 13 und der Anlagefläche 12 von Fig. 4 bzw. Fig. 5 ist die Welle 1 mit einer Auslaufnut 14 versehen. Dadurch wird eine Abwälzumformung der Verzahnung 13 erleichtert bzw. verbilligt. Der Vorsprung 15 der Fig. 4 ist höher ausgelegt, als der Fußkreis der Verzah­ nung 23 der Nabe 2, wobei eine Flächenberührung zwischen der Anlagefläche 12 und der Gegenfläche 22 außerhalb des radialen Berei­ ches der Verzahnung ermöglicht wird. Dagegen liegt die Gegenfläche 22 der Nabe 2 von Fig. 5 im radialen Bereich der Verzahnung.
Die Nut 24 der Nabe 2 ist in Fig. 4 mit einer Tragfläche 21 zum Sprengring 3 dargestellt, welche einen Kegelwinkel 20 aufweist, der etwas kleiner ist als der Kegelwinkel 10 der Anschlagfläche 11 zum Sprengring 3, so daß eine selbsthemmende aber auch spielfreie axiale Fixierung hergestellt wird. Bei der (elastischen) Ausweitung des Spren­ gringes 3 werden die Flächen 11, 21, 12, 22 der axialen Fixierungen nämlich gegenseitig spielfrei vorgespannt. Dagegen sind die Kegelwinkel 10 und 20 der Fig. 5 gleich ausgeführt, so daß die Arretierung formschlüssig wirkt mit einem geringen Spiel, das lediglich von den Her­ stelltoleranzen der Nut 24 (welche die Tragfläche 21 und die Gegenfläche 22 aufweist), des Vorsprungs 15 (welcher die Anschlagfläche 11 und die Anlagefläche 12 aufweist) und des Sprengrings 3 abhängig ist.
Fig. 6 bzw. 7 zeigen eine weitere Auslegungsvariante der axialen Fixie­ rung nach der vorliegenden Erfindung. In Einsteckrichtung sind einfache Prägestellen 27 zur Arretierung der Welle 1 vorgesehen. In Auszieh­ richtung ist ein Sprengring 3 eingesetzt, dessen Enden jeweils eine axiale Fortsetzung 31 aufweisen, welche in einer Ausnehmung 26 der Nabe 2 angeordnet sind. Zur Montage kann der Sprengring 3 über die Fortsetzungen 31 mittels einer einfachen Zange eingeschnürt, durch die Öffnung 25 der Nabe 2 eingeschoben und in die Nut 24 entspannt werden. Weitere Ausnehmungen (28, 29) der Nabe 2 sind für eine einfache Sichtkontrolle der Montage nicht erforderlich, da der Abstand zwischen den Fortsetzungen 31 ein gut sichtbares Merkmal hierzu liefert. Durch die axiale Erstreckung der Fortsetzungen 31 braucht der Abstand 33 im mittleren Bereich der Ausnehmung 26 nur in etwa dem Radius der Öff­ nung 25 zu entsprechen.
Die bevorzugte Lage der Kugeln 7 bei einem maximalen Beugewinkel eines Gleichlaufgelenkes ist in Fig. 5 gezeigt, wobei die Kugeln 7 weder den Sprengring 3 noch seine Fortsetzungen 31 berühren.
Die in den Figuren dargestellten Beispiele zeigen ausschließlich runde Sprengringe mit kreisförmigen Querschnitten, die besonders kosten­ günstig aber auch zuverlässig sind. Die Anschlag-, Anlage- und Gegenflächen sind ebenfalls ausschließlich kegelig ausgeführt, wodurch die Übergänge mit geringeren Kerbwirkungen behaftet werden und zudem raumsparend sind. Die Lehre der Erfindung schließt andere Formen der Sprengringe bspw. unrunde oder andere Querschnitte bspw. ovale, sechs- oder viereckige oder andere Ausführungen der Anschlag-, Anlage- oder Gegenflächen aber nicht aus.
Bezugszeichenliste
1 Welle
2 Nabe
3 Sprengring
4 Kugelkäfig
5 Glocke
6 Abstützscheibe
7 Kugel
11 Anschlagfläche
12 Anlagefläche
13 Verzahnung
14 Nut
15 Vorsprung
21 Tragfläche
22 Gegenfläche
23 Verzahnung
24 Nut
25 Öffnung
26 Ausnehmung
27 Prägung
28 Ausnehmung
29 Ausnehmung
32 Abstand
33 Abstand
S1 Einsteckrichtung.

Claims (12)

1. Axiale Sicherung einer Zahnwellenverbindung, insbesondere zwi­ schen einer Nabe eines Gleichlaufgelenkes und einer Welle, wobei ein verzahntes Ende der Welle in einer verzahnten Bohrung der Nabe von einer Seite einsteckbar und herausziehbar ist, mit einem Sprengring, welcher beim Herausziehen der Welle zwischen einer der Welle zu­ geordneten Anschlagfläche und einer, einer Nut der Nabe zugeord­ neten Tragfläche zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (11), der Sprengring (3) und die Tragfläche (21) in Ausziehrichtung (S1) axial abseits des Übertragungsberei­ ches der Verzahnung (13, 23) angereiht sind, wobei die Nabe (2) mit einer der Anschlagfläche (11) anschließenden Öffnung (25) ausge­ stattet ist, welche einen Radius aufweist, der größer ist als der radial gegenüberliegende Radius der Welle (1) um einen Betrag (32), der mindestens der radialen Wandstärke des Sprengrings (3) ent­ spricht.
2. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) eine Anlagefläche (12) aufweist, welche beim Einstecken der Welle von einer Gegenfläche (22) arretiert wird, wobei diese in Einsteckrichtung im wesentlichen axial abseits der Anschlagfläche (11), des Sprengrings (3) und der Tragfläche (21) angeordnet sind.
3. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (11) im wesentlichen im radialen Bereich der Ver­ zahnung (13, 23) angeordnet ist.
4. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (21) im wesentlichen radial außerhalb des Bereiches der Verzahnung (13, 23) angeordnet ist.
5. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (11) kegelig bzw. mit einem Kegelwinkel (10) ausge­ bildet ist.
6. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (24) in zumindest eine von der einen Seite sichtbaren Ausneh­ mung (26, 28, 29) der Nabe (2) hineingreift.
7. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (21) einen Kegelwinkel (20) aufweist, der nicht kleiner ist, als der Kegelwinkel (10) der Anschlagfläche (11).
8. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (21) einen Kegelwinkel (20) aufweist, der kleiner ist, als der Kegelwinkel (10) der Anschlagfläche (11).
9. Axiale Sicherung nach Anspruch 2 bzw. 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengring (3), die Tragfläche (21) und die Anschlagfläche (11) bzw. die Anlagefläche (12) und die Gegenfläche (22) axial vorspannt.
10. Axiale Sicherung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) mit einem radialen Vorsprung (15) versehen ist, der die Anschlagfläche (11) bzw. die Anlagefläche (12) aufweist.
11. Axiale Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Sprengrings (3) mit jeweils einer in einer Ausnehmung (26) der Nabe (2) sich erstreckenden Fortsetzung (31) ausgestattet sind.
12. Axiale Sicherung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsetzungen (31) axial verlaufen, wobei die Ausnehmung (26) als eine in Umfangsrichtung begrenzte Ausweitung der Öffnung (25) ausgebildet ist.
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