EP4684141A1 - Axial verspannte plankerbverzahnungsanordnung und verfahren zum fügen eines gleichlaufgelenks mit einer radnabe mit radlager unter verwendung einer plankerbverzahnungsanordnung - Google Patents

Axial verspannte plankerbverzahnungsanordnung und verfahren zum fügen eines gleichlaufgelenks mit einer radnabe mit radlager unter verwendung einer plankerbverzahnungsanordnung

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Publication number
EP4684141A1
EP4684141A1 EP24713393.7A EP24713393A EP4684141A1 EP 4684141 A1 EP4684141 A1 EP 4684141A1 EP 24713393 A EP24713393 A EP 24713393A EP 4684141 A1 EP4684141 A1 EP 4684141A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
planar
ring
spline
planar spline
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24713393.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Schaaf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4684141A1 publication Critical patent/EP4684141A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/076—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end by clamping together two faces perpendicular to the axis of rotation, e.g. with bolted flanges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/08—Details or arrangements of sealings not provided for in group F16D3/84
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/12—Mounting or assembling

Definitions

  • the invention relates to an axially clamped planar spline arrangement, comprising a first component with a first planar spline, a second component with a second planar spline, wherein the first planar spline and the second planar spline are in meshing engagement with one another, a clamping device by means of which, in the clamped state thereof, the first planar spline and the second planar spline are axially clamped with one another, and a ring which surrounds and seals the first planar spline and the second planar spline on the outside radially.
  • the invention relates to a method for joining a constant velocity joint to a wheel hub with wheel bearing using a planar spline arrangement.
  • Axially clamped plan spline toothing arrangements which are sometimes also referred to as Hirth or spur toothing arrangements, are used as a connection for backlash-free torque transmission in vehicle construction, for example between a drive shaft and a wheel hub.
  • Hirth or spur toothing arrangements are used as a connection for backlash-free torque transmission in vehicle construction, for example between a drive shaft and a wheel hub.
  • the use of axially clamped plan spline toothing arrangements offers advantages over conventional longitudinal spline toothing arrangements, since the torque transmission can be well guaranteed even with high changing torques without relative movements, which can result from the torsional elasticity of longitudinal spline toothing, and without disturbing noises (ping noise).
  • planar spline arrangement To ensure the torque transmission function, the planar spline arrangement must be clamped with a high axial force.
  • the two meshing elements which are therefore subjected to high material stresses, Plane splines must be protected against corrosion. During assembly, care must also be taken to ensure that the corresponding plane splines mesh correctly to prevent tooth-on-tooth assembly.
  • DE 102007 057 047 A1 proposes an axially clamped planar spline arrangement in which an associated clamping device in the form of a connecting screw is supported by a spring element whose possible spring travel between a tooth-on-tooth position and a tooth-in-gap position is not significantly less than the height of the teeth of the planar spline.
  • the spring element can be an elastomer sleeve and/or a coil spring.
  • the connecting screw is tightened with only a small torque in a first step in order to produce a tooth-in-gap position in the planar spline arrangement in the case of a tooth-on-tooth position by applying a torque or automatically under the action of the spring element. Only after a temporary interruption are the components completely clamped by tightening the screw connection with a high torque.
  • installing the spring element means additional assembly work.
  • the spring element which is only required for assembly in order to avoid the tooth-on-tooth position, remains on the entire arrangement and increases its weight. In addition, sufficient space must be created for the spring element. In this case, the aim is therefore to avoid such a spring element.
  • DE 102005 018 126 A1 suggests a simple sealing ring made of plastic or alternatively sealing paste to prevent moisture and dirt from penetrating the joint of the paired planked tooth arrangements from the outside.
  • the object of the invention can be seen in further improving the assembly and sealing of an axially clamped planar spline arrangement.
  • the axially clamped planar spline arrangement comprises a first component with a first planar spline, a second component with a second planar spline, wherein the first planar spline and the second planar spline are in meshing engagement with one another, a clamping device by means of which, in the clamped state of the same, the first planar spline and the second planar spline are axially clamped with one another, and a ring which surrounds and seals the first planar spline and the second planar spline on the outside radially.
  • the ring In the untensioned state of the clamping device, the ring provides an assembly lock by means of which the first planar spline and the second planar spline are held loosely in engagement with one another in such a way that an axial play is smaller than the height of the teeth of the first planar spline and the second planar spline.
  • this makes it possible to easily decouple the assembly steps, namely the alignment of the components to be joined while ensuring that tooth-on-tooth assembly is excluded on the one hand, and the clamping on the other. This makes handling easy.
  • an additional spring element is not required compared to DE 102007 057 047 A1.
  • the ring also provides a sealing function to prevent moisture and dirt from penetrating, so that no additional measures need to be taken in this regard.
  • transport protection as described in connection with DE 102012 207 054 A1.
  • the solution according to the invention thus overcomes the problems explained above with regard to assembly and corrosion in a surprisingly simple manner and simultaneously reduces the number of components and measures required in this regard. This results in significant cost-saving effects with regard to the production of an axially clamped planar spline arrangement.
  • the ring can be fixed to one of the first and second components and coupled to the other of the first and second components via a locking mechanism. This allows the ring to be pre-assembled on one of the components to be joined together.
  • the ring can be pressed firmly, glued or otherwise attached to one of the two components.
  • the ring forms locking lugs which are distributed around its circumference and which, after overcoming a projection on the other component, engage in one or more recesses on the other component.
  • the ring is temporarily elastically expanded slightly in order to spring back after overcoming the projection.
  • the number of locking lugs which are preferably spaced apart from one another, can be selected as required. As a rule, these are preferably selected in the range of 3 to 20.
  • the ring can have a section forming the locking lugs, wherein this section of the ring forming the locking lugs can be elastically compressed and retracted radially in order to overcome a locking resistance easily and reliably.
  • the locking mechanism allows you to verify that the connection is correct during assembly. This is particularly useful to ensure that there is no undesirable tooth-on-tooth position.
  • the locking lugs are accommodated in the corresponding recess(es) with axial play in the unclamped state of the clamping device. From this pre-assembled state, the clamping of the planar spline arrangement can then be carried out in a further step.
  • the ring with the locking lugs is preferably designed for pre-assembly in such a way that the dead weight of the components to be joined together and the forces when the clamping device is attached are held without the pre-assembly state being released again.
  • the ring can be matched to the planar spline teeth to be paired with one another in such a way that when the projection is overcome by the locking lug, the overlap of the teeth of the first planar spline toothing and the second planar spline toothing is 30% to 90% of the tooth height of the latter. This reliably prevents a tooth-on-tooth position after pre-assembly.
  • the ring can be slit at several points around the circumference so that it can be attached to the other component with sufficient adhesion.
  • the slots are dimensioned in such a way that the holding and sealing function explained above with regard to the locking lugs is also guaranteed.
  • the ring has a circumferential sealing surface which, when the clamping device is in the tensioned state, is pressed against a corresponding sealing surface on the other component.
  • the clamping process of the clamping device can be used to further increase the sealing effect. It goes without saying that the forces required for this additional sealing effect only make up a minimal fraction of the total axial force of the clamping of the planar spline arrangement.
  • the circumferential sealing surface on the ring and the corresponding sealing surface on the other component can optionally be conical in order to further improve the sealing effect.
  • the ring is made entirely of plastic, which makes it particularly easy and cost-effective to manufacture.
  • the axially clamped planar spline arrangement explained above is used to connect a constant velocity joint to a wheel hub with a wheel bearing, although the present invention is not limited to this purpose.
  • the first component is a constant velocity joint
  • the second component is a wheel hub with a wheel bearing
  • the clamping device is a clamping bolt which is guided centrally through the first planar spline and the second planar spline in order to clamp the first component and the second component together. It has been shown that with such a connection, high alternating torques can be transmitted reliably and with compact external dimensions without disturbing noise and any relative movements in the connection.
  • the ring can be locked to an inner ring of the wheel bearing, which in turn is mounted on the wheel hub, and seal against it.
  • the inner ring is understood as a component that is to be attached separately to the wheel hub.
  • the ring when the clamping bolt is in the tensioned state, the ring can be pushed axially against a sealing ring of a wheel bearing seal of the wheel bearing and seal it. This allows the sealing of the paired planar splines and the wheel bearing to support each other and reduce the number of interfaces to the outside environment.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of an axially clamped planar spline arrangement according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a further embodiment to illustrate a pre-assembly position (left) and a final assembly position (right) of components to be joined together, including an axially clamped planar spline arrangement,
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of an axially clamped planar spline arrangement according to a further embodiment of the invention
  • Figure 4 is an axial view of a first embodiment of a ring
  • Figure 6 is an exploded view of a constant velocity joint and a wheel hub with wheel bearing, which can be connected to each other via an axially clamped planar spline arrangement.
  • the first splined toothing 11 and the second splined toothing 21 are in meshing engagement with one another. In Fig. 1, this is free of play and suitable for transmitting high torques.
  • a clamping device 30 is provided, preferably in the form of a clamping bolt 130, by means of which, in the clamped state thereof, the first planar serration 11 and the second planar serration 21 are axially clamped together.
  • the clamping device 30 preferably extends centrally through the two planar serrations 11 and 21.
  • the clamping device 30, or the clamping bolt 130 can be supported on the second component 20 and screwed to the first component 10. Installation in the opposite direction is also possible.
  • this ring 40 provides an assembly lock by which the first planar serration 11 and the second planar serration 21 are held loosely in engagement with one another.
  • This loose engagement state is also considered here as a pre-assembly position in which the first component 10 and the second component 20 are already roughly aligned with one another.
  • an axial clearance x between the two planar splines 11 and 21 is smaller than the height h of the teeth of the first planar spline 11 and the second planar spline 21.
  • the clamping device 30 can be clamped in order to establish the play-free engagement of the first planar spline 11 and the second planar spline 21 and accordingly to achieve the final assembly position shown in Fig. 2 on the right and in Fig. 1.
  • the arrangement of the ring 40 in relation to the first component 10 and the second component 20 as well as the design thereof can be carried out in various ways as explained in more detail below. It should be noted that the arrangement of the ring 40 and any engagement structures in relation to the first component 10 and the second component 20 can in principle also be reversed.
  • the ring 40 can be fixed to one of the first and second components 10, 20, while it is coupled to the other of the first and second components 20, 10 via a locking mechanism 41.
  • the locking mechanism can be used to reliably detect that the pre-assembly position has been reached, i.e. a tooth-on-tooth position is excluded.
  • the ring 40 can be fixed to one of the first and second components 10 and 20, in this case the first component 10 by way of example, by pressing it on, gluing it on or in some other way. This is preferably done before the two components 10 and 20 are joined together to reach the pre-assembly position.
  • locking lugs 41a can be formed on the ring 40, which are distributed around its circumference and which, after overcoming a projection 22 on the other component, in this case for example the second component 20, engage in one or more recesses 23 on the other or second component 20.
  • FIG. 4 An axial view of such a ring 40 is shown in Fig. 4.
  • This ring 40 has three locking lugs 41a on its inner circumferential surface 42.
  • the number of locking lugs 41a can also be smaller or larger than shown. The number is preferably in a range of about 3 to 20.
  • the corresponding projection 22 and the corresponding recess 23 are located on an outer circumferential section of the second component 20.
  • the projection 22 and the recess 23 can be designed as continuous, circumferential structures, so that the angular position of the ring 40 in the circumferential direction is irrelevant during assembly.
  • the locking lugs 41a can also be arranged on an outer circumferential surface 43 of the ring 40 instead of on the inner circumferential surface 42. Accordingly, the projection 22 and the recess 23 of the second component 20 are then located on an inner circumferential section thereof.
  • the locking lugs 41a are accommodated in the corresponding recess(es) 23 with axial play in the unclamped state of the clamping device 30.
  • the overlap of the teeth of the first planar spline 11 and the second planar spline 21 is preferably 30% to 90% of the tooth height of the latter.
  • the pre-fixing in the pre-assembly position can also be carried out using a ring 40 that is slotted in this part of the ring, as shown on the left in Fig. 2.
  • Fig. 5 shows an example of another design variant of the ring 40, which is slotted in several places on the circumference. This makes it easier to clamp it to an outer circumferential section or an inner circumferential section of the second component 20.
  • the slots 45 are positioned in such a way that a sealing effect is ensured by the ring.
  • the number of slots 45 is shown as four in Fig. 5. However, similar to the locking lugs 41a, the number can also be selected to be smaller or larger. The adjustment is made for both the locking lugs 41a and the slots 45 in such a way that the connection The dead weight of the components 10 and 20 to be joined together as well as the forces when applying the clamping device 30 can be reliably held.
  • the ring 40 can have a section 44 on which these locking lugs 41a are formed, which can be elastically compressed and retracted radially in order to more easily overcome a locking resistance formed by the projection 22.
  • bevels formed on the locking lugs 41a and/or the projection 22 can also have a supporting effect.
  • the ring 40 can have a circumferential sealing surface 46 which, in the tensioned state of the tensioning device 30, is pressed against a corresponding sealing surface 24 on the other component, in this case, for example, the second component 20.
  • the sealing surface 46 on the ring 40 can be formed by a front wall section thereof, as shown in Figs. 1 and 2.
  • the circumferential sealing surface 46 on the ring 40 and the corresponding sealing surface 24 on the other component 20 can be conical.
  • Corresponding conical sealing surfaces 46 and 24 can of course also be provided in the other embodiments and also in embodiments not shown.
  • the bevel of the projection 22 in Fig. 1 and 2 can serve as a contact surface for a corresponding oblique sealing surface additionally provided on the ring side.
  • the ring 40 can be made entirely of plastic. Sensitive sealing lips can thereby be avoided.
  • the ring 40 explained above is, on the one hand, an assembly aid for positioning the components 10, 20 to be joined while avoiding a tooth-on-tooth position.
  • the joining to reach the pre-assembly position can be carried out in a first step or work cycle.
  • no additional holding device is required for the A second component 20 is required for each design variant.
  • the axial force applied during clamping is in the order of magnitude of approximately 80 kN and more.
  • the holding force of the ring 40 can be designed in such a way that an axial displacement to an end position takes place by utilizing the clamping force of the clamping device 30.
  • the first component 10 is the constant velocity joint 110 and the second component 20 is the wheel hub 120 with the wheel bearing 150, with the ring 40 being fixed to the first component 10 and being fixed to the second component 20 via the locking lugs 41a or in the area of the slots 45.
  • the ring 40 it is also possible to install the ring 40 the other way around, i.e. to fix it to the second component 20 or the wheel hub 120 with the wheel bearing 150 and to couple the area with locking lugs 41a or slots 45 to the first component 10 or constant velocity joint 110.
  • Corresponding recesses and projections are then provided analogously on the first component 10 or the constant velocity joint 110.
  • Sections of the wheel bearing 150 can be integrated into the wheel hub 120. This applies in particular to an inner ring of the wheel bearing 150. However, it is also possible to provide the inner ring completely or, as shown here, partially as a separate component 151. In the exemplary embodiments shown, an outer ring 152 of the wheel bearing 150 is supported on the inside by two rolling element rings 153. A pivot bearing 160 is flanged to the outer ring 152 in Fig. 6 as an example.
  • the clamping device 30 is formed in Fig. 6 by a clamping bolt 130, which is guided centrally through the first planar spline 11 on the constant velocity joint 110 and the second planar spline 21 on the wheel hub in order to axially clamp the respective components together.
  • a head 131 of the clamping bolt 130 is supported on the wheel hub, while a threaded portion 132 of the clamping bolt 130 is screwed into a threaded opening 12 on the constant velocity joint 110, preferably a joint bell thereof.
  • the ring 40 which is provided as an assembly aid and sealing means, is fixed to an outer peripheral section of the constant velocity joint 10. This ring 40 can be seen in Figs. 1 to 3, coupled to corresponding counterstructures on the wheel hub 120 and/or the wheel bearing 150, in particular its inner ring 151.
  • Fig. 1 shows an example of a variant in which the above-mentioned projection 22 and the above-mentioned recess 23 are formed on the inner ring 151 of the wheel bearing 50/150.
  • the ring 40 can be locked to the inner ring 151 and seal against it.
  • a corresponding sealing surface 46 of the ring 40 is supported on a corresponding wall section of the inner ring 151.
  • the sealing surface 46 can be pressed against the corresponding wall section of the inner ring 151 during assembly in order to improve the sealing effect.
  • the ring 40 can be pressed axially against a sealing ring 154 of a wheel bearing seal of the wheel bearing 50/150 in the tensioned state of the clamping bolt 30 and seal against it.
  • the sealing ring 154, against which the ring 40 is supported, is in this case arranged in a fixed manner on the inner ring 151 of the wheel bearing 50, and possibly also on the wheel hub 120, in order to avoid a relative movement between the sealing ring 154 and the ring 40 during operation.
  • a projection 22, a recess 23 and a sealing surface 24 are formed directly on the second component 20, which forms the wheel hub 120.
  • the constant velocity joint 110 and the wheel hub 120 with the wheel bearing 150 are loosely assembled to one another using the ring 40.
  • the first splined toothing 11 and the second splined toothing 21 come into partial engagement so that their teeth already overlap but a play-free position has not yet been reached.
  • the wheel hub 120 is fixed relative to the constant velocity joint 110 so that the two components can no longer be easily separated from one another, but at the same time it is impossible for their splined toothing 11 and 21 to be in a tooth-on-tooth position.
  • Such a process step is easy to handle.
  • first splined toothing 11 and the second splined toothing 21 are then clamped against each other using the clamping bolt 130. Since the wheel hub 120 is already pre-fixed relative to the constant velocity joint 110, no additional holding device needs to be provided for it when the clamping bolt 130 is attached and screwed on. By screwing together, the first splined toothing 11 and the second splined toothing 21 come into contact with each other without play. The appropriate clamping is selected depending on the torque to be transmitted. This process step is also easy to handle. When the assembly position is reached, the ring 40 seals the engagement of the first splined toothing 11 with the second splined toothing 21 radially outwards, thus being converted from an assembly aid to a sealing device.
  • the axially clamped planar spline arrangement can be dismantled, particularly in a non-destructive manner. This is an advantage in the event of customer service.
  • the locking mechanism 41 can be designed in such a way that the locking lugs 41a can be released by a high axial force or a bending moment.
  • Appropriately adapted contact slopes or bevels can be provided for this purpose.
  • the clamping force can be adjusted so that release is possible while overcoming the clamping force.
  • One method of disassembly for example in the case of customer service, can be carried out in a simple manner as follows.
  • the clamping device 30 or the clamping bolt 130 is first slightly loosened, preferably in such a way that partial engagement of the planar splines 11 and 21 is maintained.
  • a clamping bolt 130 can be loosened by approx. 3 to 9 mm for this purpose, for example (corresponding to 2 to 6 turns with a thread pitch of 1.5 mm).
  • the head 31 of the clamping bolt 130 is struck with a soft-face hammer until the ring 40 in the area of the locking mechanism 41 or the slots 45 comes loose.
  • the constant velocity joint 110 can be prevented from falling by the clamping bolt 130 not yet being completely loosened.
  • the clamping device 30 or the clamping bolt 130 can be completely unscrewed.
  • Sealing surface 151 inner ring as a separate component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst ein erstes Bauteil (10), insbesondere ein Gleichlaufgelenk, mit einer ersten Plankerbverzahnung (11), ein zweites Bauteil (20), insbesondere eine Radnabe mit einem Radlager, mit einer zweiten Plankerbverzahnung (21), wobei die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (12) miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung (30), durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) axial miteinander verspannt sind, und einen Ring (40), welcher die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) radial außenseitig umgibt und abdichtet. Der Ring (40) stellt im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung (30) eine Montagesicherung bereit, durch welche die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) lose miteinander in Eingriff gehalten sind, derart, dass ein Axialspiel (x) kleiner ist als die Höhe (h) der Zähne der ersten Plankerbverzahnung (11) und der zweiten Plankerbverzahnung (21). Weiterhin wird ein Verfahren zum Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung der Plankerbverzahnungsanordnung angegeben.

Description

Beschreibung
Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung und Verfahren zum Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung, umfassend ein erstes Bauteil mit einer ersten Plankerbverzahnung, ein zweites Bauteil mit einer zweiten Plankerbverzahnung, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung axial miteinander verspannt sind, und einen Ring, welcher die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung radial außenseitig umgibt und abdichtet.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung.
Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnungen, welche gelegentlich auch als Hirth-oder Stirnverzahnungsanordnungen bezeichnet werden, kommen als Verbindung zur spielfreien Drehmomentübertragung im Fahrzeugbau beispielsweise zwischen einer Antriebsgelenkwelle und einer Radnabe zum Einsatz. Insbesondere bei der Übertragung von hohen Drehmomenten wie vor allem bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb bietet der Einsatz von axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnungen gegenüber herkömmlichen Längspassverzahnungsanordnungen Vorteile, da die Drehmomentübertragung auch bei hohen wechselnden Drehmomenten ohne Relativbewegungen, welche aus der Torsionselastizität von Längspassverzahnung resultieren können, und ohne störende Geräusche (Ping Noise) gut gewährleistet werden kann.
Zur Gewährleistung der Drehmomentübertragungsfunktion muss die Plankerbverzahnungsanordnung mit einer hohen Axialkraft verspannt werden. Die folglich durch hohe Materialspannungen belasteten, miteinander in Eingriff stehenden beiden Plankerbverzahnungen müssen entsprechend gegen Korrosion geschützt werden. Überdies muss bei der Montage beachtet werden, dass die korrespondierenden Plankerbverzahnungen korrekt ineinandergreifen, damit es nicht zu einer Zahn-auf-Zahn-Montage kommt.
Zur Vermeidung einer solchen Zahn-auf-Zahn-Montage wird in DE 102007 057 047 A1 eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung vorgeschlagen, bei der eine zugehörige Spanneinrichtung in Form einer Verbindungsschraube über ein Federelement abgestützt ist, dessen möglicher Federweg zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Position und einer Zahn-in-Lücke- Position nicht nennenswert geringer als die Höhe der Zähne der Plankerbverzahnungen. Das Federelement kann eine Elastomerhülse und/oder eine Schraubenfeder sein. Beim Zusammenbau eines Radnabenbauteils mit einem hiermit über eine Plankerbverzahnungsanordnung verbundenen Wellengelenkbauteil wird in einem ersten Schritt die Verbindungsschraube nur mit einem geringen Drehmoment angezogen, um im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position mittels Anlegen eines Drehmoments oder selbsttätig unter Einwirkung des Federelementes eine Zahn-in-Lücke-Position in der Plankerbverzahnungsanordnung herzustellen. Erst nach einer zeitlichen Unterbrechung erfolgt dann das vollständige Verspannen der genannten Bauteile durch Anziehen der Schraubverbindung mit einem hohen Drehmoment. Der Einbau des Federelements bedeutet jedoch einen zusätzlichen Montageaufwand. Zudem verbleibt das Federelement, welches lediglich für die Montage benötigt wird, um die Zahn-auf-Zahn-Position zu vermeiden, an der gesamten Anordnung und erhöht deren Gewicht. Überdies muss für das Federelement entsprechender Bauraum geschaffen werden. Vorliegend wird daher angestrebt, ein solches Federelement zu vermeiden.
Eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung der eingangs genannten Art ist aus DE 102005 018 126 A1 bekannt. Bei dieser entfällt das vorstehend erläuterte Federelement. Jedoch ist in diesem Fall das Verhindern einer Zahn-auf Zahn-Position beim Verspannen schwierig, denn hierbei müssen nicht nur die beiden miteinander zu paarenden Plankerbverzahnungen zueinander ausgerichtet werden. Vielmehr müssen gleichzeitig auch unter Gewährleistung der korrekten Ausrichtung die Zuführung der Spanneinrichtung und deren Verschraubung erfolgen. Mit anderen Worten, zeitgleich zum Ansetzen einer Verbindungsschraube muss das Gleichlaufgelenk einer Gelenkwelle in Position zu einer Radnabe gehalten werden. Dies kann durch Montagepersonal vorgenommen werden oder auch automatisiert erfolgen. Aufgrund der zeitlichen Kopplung ist es jedoch geboten, das Positionieren der miteinander zu fügenden Bauteile als auch das Verschrauben in demselben Montagetakt zu erledigen. Jedoch ist dies technisch verhältnismäßig aufwendig, da hierbei drei Komponenten gleichzeitig gehandhabt werden müssen, so dass diesbezüglich Verbesserungsbedarf besteht.
Überdies ist die Abdichtung der Plankerbverzahnungsanordnung gemäß DE 102005 018 126 A1 verhältnismäßig aufwendig. Aus den bereits genannten Gründen soll auf eine solche Abdichtung jedoch nicht verzichtet werden. DE 102005 018 126 A1 schlägt hierzu einen einfachen Dichtring aus Kunststoff oder alternativ Dichtpasten vor, um das Eindringen von Nässe und Schmutz von außen in die Fuge der gepaarten Plankerbverzahnungen zu verhindern.
In DE 10 2012 207 054 A1 wird diesbezüglich eine Gummi-Metall-Dichtung vorgeschlagen, welche die miteinander in Eingriff befindlichen Plankerbverzahnungen radial umgibt. Diese Dichtung ist sehr aufwendig. Die Anlagefläche einer Gummilippe jener Dichtung auf einem Achszapfen muss lackiert sein. Diese Lackierung ist jedoch mit hohem Aufwand und Kosten verbunden. In der Montage muss die Gummilippe zudem vor Beschädigungen geschützt werden. Aus diesem Grund wird die Gummi-Metall-Dichtung am Radlager vor dem Verbau durch einen Transportschutz in Form eines Deckels geschützt. Auch demgegenüber besteht Vereinfachungs- und Verbesserungsbedarf.
Zusammengefasst kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, die Montage und Abdichtung einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst ein erstes Bauteil mit einer ersten Plankerbverzahnung, ein zweites Bauteil mit einer zweiten Plankerbverzahnung, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung axial miteinander verspannt sind, und einen Ring, welcher die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung radial außenseitig umgibt und abdichtet. Dabei stellt der Ring im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung eine Montagesicherung bereit, durch welche die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung lose miteinander in Eingriff gehalten sind, derart, dass ein Axialspiel kleiner ist als die Höhe der Zähne der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung. Hierdurch ist im Vergleich zu DE 10 2005 018 126 A1 eine Entkopplung der Montageschritte, nämlich des Ausrichtens der zu fügenden Bauteile unter Gewährleistung des Ausschlusses einer Zahn-auf-Zahn-Montage einerseits, und des Verspannens andererseits problemlos möglich. Dadurch bleibt die Handhabung einfach. Aufgrund der Ausgestaltung des Rings kann jedoch gegenüber DE 102007 057 047 A1 auf ein zusätzliches Federelement verzichtet werden.
Überdies ermöglicht der Ring gleichzeitig eine Abdichtfunktion gegen das Eindringen von Nässe und Schmutz, so dass diesbezüglich keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden brauchen. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit einer aufwendigen Gummi-Metall-Dichtung und/oder einer Lackierung von Bauteilen. Auch die Notwendigkeit eines Transportschutzes, wie im Zusammenhang mit DE 102012 207 054 A1 beschrieben, kann entfallen.
Die erfindungsgemäße Lösung überwindet somit auf überraschend einfache Art und Weise gleichzeitig die oben erläuterten Probleme hinsichtlich Montage und Korrosion und reduziert die Anzahl der diesbezüglich benötigten Bauteile und Maßnahmen. Hieraus resultieren signifikante Kosteneinsparungseffekte in Bezug auf die Herstellung einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann beispielsweise der Ring an einem des ersten und zweiten Bauteils festgelegt und mit dem anderen des ersten und zweiten Bauteils über einen Rastmechanismus gekoppelt sein. Dies erlaubt die Vormontage des Rings an einem der miteinander zu fügenden Bauteile.
Beispielsweise kann der Ring hierzu auf eines der beiden Bauteile fest aufgepresst, aufgeklebt oder in sonstiger Weise an diesem befestigt sein.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung bildet der Ring Rastnasen aus, die an dessen Umfang verteilt angeordnet sind und die nach Überwindung eines Vorsprungs am anderen Bauteil in eine oder mehrere Ausnehmungen am anderen Bauteil eingreifen. Beim Überwinden des Vorsprungs wird der Ring temporär elastisch etwas aufgedehnt, um nach Überwindung des Vorsprungs zurückzufedern. Die Anzahl der Rastnasen, welche vorzugsweise voneinander beanstandet sind, kann je nach Bedarf gewählt werden. In der Regel wird man diese bevorzugt im Bereich von 3 bis 20 wählen. Insbesondere kann der Ring einen die Rastnasen ausbildenden Abschnitt aufweisen, wobei dieser die Rastnasen ausbildende Abschnitt des Rings radial elastisch ein- und ausfederbar ist, um einen Rastwiderstand einfach und zuverlässig zu überwinden.
Anhand des Einrastens lässt sich bei der Montage eine korrekte Verbindung verifizieren. Insbesondere kann hieran erkannt werden, dass eine unerwünschte Zahn-auf Zahn-Position nicht vorliegt.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung sind die die Rastnasen im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung mit Axialspiel in der oder den korrespondierenden Ausnehmungen aufgenommen. Aus diesem vormontierten Zustand kann in einem weiteren Schritt dann das Verspannen der Plankerbverzahnungsanordnung vorgenommen werden. Der Ring mit den Rastnasen ist für die Vormontage vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Eigengewicht der miteinander zu fügenden Bauteile und die Kräfte beim Ansetzten der Spanneinrichtung gehalten werden, ohne dass sich der Vormontagezustand wieder löst.
Vorzugsweise kann der Ring auf die miteinander zu paarenden Plankerbverzahnungen derart abgestimmt sein, dass bei Überwindung des Vorsprungs durch die Rastnase die Überdeckung der Zähne der ersten Plankerbverzahnung und zweiten Plankerbverzahnung 30 % bis 90 % der Zahnhöhe derselben beträgt. Hierdurch kann eine Zahn-auf Zahn-Position nach erfolgter Vormontage zuverlässig ausgeschlossen werden.
Anstelle einer Vorfixierung über Rastnasen kann der Ring zu diesem Zweck an mehreren Stellen auf dem Umfang geschlitzt sein, so dass dieser mit hinreichender Haftung auf das andere Bauteil aufgesteckt werden kann. Die Schlitze sind so bemessen, dass die oben in Bezug auf die Rastnasen erläuterte Haltefunktion und Dichtfunktion ebenso gewährleistet wird.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung weist der Ring eine umlaufende Dichtfläche auf, welche im gespannten Zustand der Spanneinrichtung gegen eine korrespondierende Dichtfläche am anderen Bauteil gedrängt ist. Der Spannvorgang der Spanneinrichtung kann in diesem Fall dazu genutzt werden, die Dichtwirkung weiter zu erhöhen. Es versteht sich, dass die für diese zusätzliche Dichtwirkung benötigten Kräfte nur einen minimalen Bruchteil der gesamten Axialkraft der Verspannung der Plankerbverzahnungsanordnung ausmachen. Weiterhin können optional die umlaufende Dichtfläche am Ring und die korrespondierende Dichtfläche am anderen Bauteil konisch ausgebildet sein, um die Dichtwirkung weiter zu verbessern.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung besteht der Ring vollumfänglich aus Kunststoff, wodurch sich dieser besonders einfach und kostengünstig herstellen lässt.
Vorzugsweise kommt die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit einem Radlager zum Einsatz, ohne dass die vorliegende Erfindung jedoch auf diesen Einsatzzweck beschränkt wäre. Im erstgenannten Fall ist das erste Bauteil ein Gleichlaufgelenk, das zweite Bauteil eine Radnabe mit einem Radlager, und die Spanneinrichtung ein Spannbolzen, welcher zentrisch durch die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung hindurchgeführt ist, um das erste Bauteil und das zweite Bauteil miteinander zu verspannen. Es hat sich gezeigt, dass sich mit einer solchen Verbindung hohe wechselnde Drehmomente ohne störende Geräuschbildung und etwaige Relativbewegungen in der Verbindung zuverlässig und mit kompakten Außenabmessungen übertragen lassen.
In einer Ausführungsvariante kann der Ring mit einem Innenring des Radlagers, der seinerseits an der Radnabe montiert ist, verrastet sein und gegen diesen abdichten. Der Innenring wird in diesem Fall als separat an der Radnabe zu befestigendes Bauteil verstanden.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann im gespannten Zustand des Spannbolzens der Ring axial gegen einen Dichtring einer Radlagerdichtung des Radlagers gedrängt sein und abdichten. Hierdurch können sich die Abdichtung der gepaarten Plankerbverzahnungen und des Radlagers gegenseitig unterstützen und die Zahl der Schnittstellen zur Außenumgebung reduzieren.
In Abwandlung hiervon ist es jedoch auch möglich, den Ring mit einem Abschnitt der Radnabe zu verrasten, und zwar unabhängig davon, ob für das Radlager ein eigener Innenring vorgesehen wird oder nicht.
Die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung ermöglicht einen vorteilhaften, weil einfach handhabbaren Montageablauf unter Gewährleistung eines korrekten Verzahnungseingriffs der miteinander gepaarten Plankerbverzahnungen. Hierzu wird insbesondere ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 15 vorgeschlagen. Dieses sieht ein Fügen eines Gleichlaufgelenks mit einer Radnabe mit Radlager unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung der vorstehend erläuterten vor, wobei in einem ersten Schritt das Gleichlaufgelenk und die Radnabe mit dem Radlager unter Verwendung des Rings lose aneinander montiert werden und durch den Ring die Aufrechterhaltung eines Teileingriffs der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung gewährleistet wird, und in einem zweiten Schritt ein Verspannen der ersten Plankerbverzahnung und der zweiten Plankerbverzahnung gegeneinander unter Verwendung des Spannbolzens erfolgt, wobei die erste Plankerbverzahnung und die zweite Plankerbverzahnung spielfrei in Anlage miteinander gelangen und der Ring den Eingriff der ersten Plankerbverzahnung mit der zweiten Plankerbverzahnung radial nach außen abdichtet.
Nachfolgend werden Wege zur Ausführung der Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Figur 1 eine Längsschnittansicht einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Veranschaulichung einer Vormontageposition (links) und einer Endmontageposition (rechts) miteinander zu fügender Bauteile unter Einschluss einer axial verspannten Plankerbverzahnungsanordnung,
Figur 3 eine Längsschnittansicht einer axial verspannt Plankerbverzahnungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 eine Axialansicht einer ersten Ausführungsvariante eines Rings,
Figur 5 eine Axialansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Rings, und in
Figur 6 eine Explosionsdarstellung eines Gleichlaufgelenks und einer Radnabe mit Radlager, welche über eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung miteinander verbindbar sind.
Das erste Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt eine axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung in verspannter Endmontageposition. Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst ein erstes Bauteil 10 mit einer ersten Plankerbverzahnung 11. Als Plankerbverzahnung wird vorliegend eine stirnseitige Radialverzahnungsstruktur an einem Bauteil verstanden, welche mit einer korrespondierenden stirnseitigen Radialverzahnungsstruktur an einem weiteren Bauteil zum Zweck der Drehmomentübertragung koppelbar ist. Das erste Bauteil 10 ist vorliegend in Fig. 6 beispielhaft als Gleichlaufgelenk 110 einer Gelenkwelle dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst weiterhin ein zweites Bauteil 20 mit einer zweiten Plankerbverzahnung 21. Das zweite Bauteil 20 ist vorliegend in Fig. 6 beispielhaft als Radnabe 120 mit einem Radlager 150 dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Dabei stehen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 miteinander in Verzahnungseingriff. Dieser ist in Fig. 1 spielfrei und zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet.
Weiterhin ist eine Spanneinrichtung 30, vorzugsweise in Form eines Spannbolzens 130 vorgesehen, durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 axial miteinander verspannt sind.
Die Spanneinrichtung 30 erstreckt sich vorzugsweise zentrisch durch die beiden Plankerbverzahnungen 11 und 21 hindurch. Insbesondere kann die Spanneinrichtung 30, respektive der Spannbolzens 130, sich an dem zweiten Bauteil 20 abstützen und mit dem ersten Bauteil 10 verschraubt sein. Ein umgekehrter Einbau ist ebenfalls möglich.
Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung umfasst schließlich einen Ring 40, welcher die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 radial außenseitig umgibt und abdichtet.
Dieser Ring 40 stellt im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 eine Montagesicherung bereit, durch welche die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 lose miteinander in Eingriff gehalten sind. Dieser lose Eingriffszustand wird vorliegend auch als Vormontageposition betrachtet, in welcher das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 bereits grob zueinander ausgerichtet sind. Wie in Fig. 2 links angedeutet, ist dabei in der Vormontageposition ein Axialspiel x zwischen den beiden Plankerbverzahnungen 11 und 21 kleiner ist als die Höhe h der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21. Ist die Vormontageposition erreicht, kann also davon ausgegangen werden, dass eine Zahn-auf-Zahn-Position der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und zweiten Plankerbverzahnung 21 ausgeschlossen ist.
In einem zweiten Schritt kann dementsprechend nach der Herstellung der Vormontageposition die Spanneinrichtung 30 gespannt werden, um den spielfreien Eingriff der ersten Plankerbverzahnung 11 und zweiten Plankerbverzahnung 21 herzustellen und dementsprechend die in Fig. 2 rechts sowie in Fig. 1 dargestellte Endmontageposition zu erreichen.
In der Endmontageposition wird ein Eindringen von Nässe und Schmutz von außen in die Fuge zwischen der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 durch den Ring 40 zuverlässig unterbunden, wodurch der Verzahnungseingriff gegen Korrosion geschützt ist.
Die Anordnung des Rings 40 in Bezug auf das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 sowie die Ausgestaltung desselben kann auf verschiedene Art und Weise wie nachfolgend näher erläutert vorgenommen werden. Dabei ist zu beachten, dass die Anordnung des Rings 40 sowie etwaiger Eingriffsstrukturen in Bezug auf das erste Bauteil 10 und das zweite Bauteil 20 grundsätzlich auch umgekehrt werden kann.
In einer Ausführungsvariante kann wie in den Fig. 1 bis 3 beispielhaft dargestellt, der Ring 40 an einem des ersten und zweiten Bauteils 10, 20 festgelegt sein, während dieser mit dem anderen des ersten und zweiten Bauteils 20, 10 über einen Rastmechanismus 41 gekoppelt ist. Anhand des Einrastens kann zuverlässig erkannt werden, dass die Vormontageposition erreicht ist, also eine Zahn- auf-Zahn-Position ausgeschlossen ist.
Die Festlegung des Rings 40 an einem des ersten und zweiten Bauteils 10 und 20, vorliegend beispielhaft dem ersten Bauteil 10, kann durch Aufpressen, Aufkleben oder in sonstiger Weise vorgenommen sein. Vorzugsweise ist dies bereits erfolgt, bevor die beiden Bauteile 10 und 20 zum Erreichen der Vormontageposition miteinander zusammengefügt werden.
Für den Rastmechanismus 41 können an dem Ring 40 Rastnasen 41a ausbildet sein, die an dessen Umfang verteilt angeordnet sind und die nach Überwindung eines Vorsprungs 22 am anderen Bauteil, vorliegend beispielhaft dem zweiten Bauteil 20, in eine oder mehrere Ausnehmungen 23 am anderen bzw. zweiten Bauteil 20 eingreifen.
Eine Axialansicht eines solchen Rings 40 ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Ring 40 weist vorliegend drei Rastnasen 41a an seiner Innenumfangsfläche 42 auf. Die Anzahl der Rastnasen 41a kann jedoch auch kleiner oder größer als dargestellt sein. Vorzugsweise liegt die Anzahl in einem Bereich von etwa 3 bis 20.
Entsprechend befinden sich der korrespondierende Vorsprung 22 und die korrespondierende Ausnehmung 23 an einem Außenumfangsabschnitt des zweiten Bauteils 20. Der Vorsprung 22 und die Ausnehmung 23 können dabei als durchgehend umlaufende Strukturen ausgebildet sein, so dass Winkelstellung des Rings 40 in Umfangsrichtung bei der Montage unbeachtlich ist. Es ist jedoch auch möglich, den Vorsprung 22 durch mehrere Einzelvorsprünge und/oder die Ausnehmung 23 durch mehrere Einzelausnehmungen bereitzustellen.
In Abwandlung der dargestellten Ausführungsformen können die Rastnasen 41a jedoch statt an der Innenumfangsfläche 42 auch an einer Außenumfangsfläche 43 des Rings 40 angeordnet sein. Entsprechend befinden sich dann der Vorsprung 22 und die Ausnehmung 23 des zweiten Bauteils 20 an einem Innenumfangsabschnitt desselben.
Wie bereits erwähnt, sind die Rastnasen 41a im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 mit Axialspiel in der oder den korrespondierenden Ausnehmungen 23 aufgenommen. Vorzugsweise beträgt bei Überwindung des Vorsprungs 22 durch die Rastnasen 41a die Überdeckung der Zähne der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 30 % bis 90 % der Zahnhöhe derselben.
Anstelle mittels Rastnasen 41a kann die Vorfixierung in der Vormontageposition analog Fig. 2 links auch über einen in diesem Teilbereich geschlitzten Ring 40 erfolgen. Fig. 5 zeigt entsprechend beispielhaft eine weitere Ausführungsvariante des Rings 40, welcher an mehreren Stellen auf dem Umfang geschlitzt ist. Dies erleichtert ein Verklemmen desselben an einem Außenumfangsabschnitt oder einem Innenumfangsabschnitt des zweiten Bauteils 20. Die Schlitze 45 sind derart positioniert, dass eine Dichtwirkung durch den Ring gewährleistet bleibt. Die Anzahl der Schlitze 45 ist in Fig. 5 mit vier dargestellt. Jedoch kann ähnlich wie bei den Rastnasen 41a deren Anzahl auch kleiner oder größer gewählt werden. Die Abstimmung erfolgt sowohl für die Rastnasen 41a als auch die Schlitze 45 derart, dass die Verbindung das Eigengewicht der miteinander zu fügenden Bauteile 10 und 20 sowie die Kräfte beim Ansetzen der Spanneinrichtung 30 zuverlässig halten kann.
Zur Erleichterung der Montage insbesondere bei Verwendung eines Rastmechanismus 41 mit Rastnasen 41a kann der Ring 40 einen Abschnitt 44, an welchem diese Rastnasen 41a ausgebildet sind, aufweisen, welcher radial elastisch ein- und ausfederbar ist, um einen durch den Vorsprung 22 gebildeten Rastwiderstand leichter zu überwinden.
Hierzu können auch an den Rastnasen 41a und/oder dem Vorsprung 22 ausgebildete Fasen unterstützend wirken.
Weiterhin kann der Ring 40 eine umlaufende Dichtfläche 46 aufweisen, welche im gespannten Zustand der Spanneinrichtung 30 gegen eine korrespondierende Dichtfläche 24 am anderen Bauteil, vorliegend beispielhaft dem zweiten Bauteil 20 gedrängt ist.
Die Dichtfläche 46 am Ring 40 kann durch einen stirnseitigen Wandabschnitt desselben gebildet sein, wie dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Insbesondere können, wie im Rahmen des weiteren Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 gezeigt, die umlaufende Dichtfläche 46 am Ring 40 und die korrespondierende Dichtfläche 24 am anderen Bauteil 20 konisch ausgebildet sein.
Entsprechende konische Dichtflächen 46 bzw. 24 können selbstverständlich auch in den weiteren Ausführungsbeispielen sowie ferner an nicht dargestellten Ausführungsvarianten vorgesehen werden. Beispielsweise kann die Fase des Vorsprungs 22 in Fig. 1 und 2 als Anlagefläche für eine ringseitig zusätzlich vorgesehene korrespondierende schräge Dichtfläche dienen.
Der Ring 40 kann vollumfänglich aus Kunststoff gefertigt sein. Empfindliche Dichtlippen können dabei vermieden sein.
Der vorstehend erläuterte Ring 40 ist zum einen eine Montagehilfe zur Positionierung der zu fügenden Bauteile 10, 20 unter Vermeidung einer Zahn-auf Zahn-Position. Das Fügen zum Erreichen der Vormontageposition kann in einem ersten Schritt oder Arbeitstakt erfolgen. Beim späteren Ansetzen und Spannen der Spanneinrichtung 30 in einem zweiten Schritt oder Arbeitstakt ist keine zusätzliche zusätzliches Halteeinrichtung für das in den vorliegenden Ausführungsvarianten jeweils zweite Bauteil 20 erforderlich. Die beim Spannen aufgebrachte Axialkraft liegt dabei in der Größenordnung von etwa 80kN und mehr.
In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, die Haltekraft des Rings 40 so auszulegen, dass ein axiales Verschieben auf eine Endposition unter Ausnutzung der Spannkraft der Spanneinrichtung 30 erfolgt.
Wie oben bereits erwähnt, kann die vorstehend erläuterte axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung zur Verbindung eines Gleichlaufgelenks 110 mit einer Radnabe 120 mit Radlager 150 verwendet werden, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
In Bezug auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele und Varianten ist hierbei das erste Bauteil 10 das Gleichlaufgelenk 110 und das zweite Bauteil 20 die Radnabe 120 mit dem Radlager 150, wobei der Ring 40 an dem ersten Bauteil 10 festgelegt und mit dem zweiten Bauteil 20 über die Rastnasen 41a oder im Bereich der Schlitze 45 festgelegt ist. Es ist jedoch auch möglich, den Ring 40 umgekehrt einzubauen, das heißt an dem zweiten Bauteil 20 bzw. der Radnabe 120 mit Radlager 150 festzulegen und den Bereich mit Rastnasen 41a oder Schlitzen 45 mit dem ersten Bauteil 10 bzw. Gleichlaufgelenk 110 zu koppeln. Entsprechend korrespondierende Ausnehmungen und Vorsprünge sind dann analog am ersten Bauteil 10 bzw. dem Gleichlaufgelenk 110 vorzusehen.
Abschnitte des Radlagers 150 können in die Radnabe 120 integriert sein. Dies gilt insbesondere für einen Innenring des Radlagers 150. Es ist jedoch auch möglich, den Innenring ganz oder, wie vorliegend dargestellt teilweise als ein separates Bauteil 151 bereitzustellen. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen stützt sich ein Außenring 152 des Radlagers 150 über zwei Wälzkörperringe 153 innenseitig ab. An den Außenring 152 ist in Fig. 6 beispielhaft ein Schwenklager 160 angeflanscht.
Die Spanneinrichtung 30 wird in Fig. 6 durch einen Spannbolzen 130 gebildet, welcher zentrisch durch die erste Plankerbverzahnung 11 am Gleichlaufgelenk 110 und die zweite Plankerbverzahnung 21 an der Radnabe hindurchgeführt ist, um die betreffenden Bauteile miteinander axial zu verspannen.
Bei dem Ausführungsbeispiel stützt sich ein Kopf 131 des Spannbolzens 130 an der Radnabe ab, während ein Gewindeabschnitt 132 des Spannbolzens 130 in eine Gewindeöffnung 12 am Gleichlaufgelenk 110, vorzugsweise einer Gelenkglocke desselben, eingeschraubt ist. An einem Außenumfangsabschnitt des Gleichlaufgelenk 10 ist der als Montagehilfe und Abdichtmittel vorgesehene Ring 40 festgelegt. Dieser Ring 40 ist in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen, mit entsprechenden Gegenstrukturen an der Radnabe 120 und/oder dem Radlager 150, insbesondere dessen Innenring 151 , gekoppelt.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Variante, bei welcher der oben genannte Vorsprung 22 und die oben genannte Ausnehmung 23 an dem Innenring 151 des Radlagers 50/150 ausgebildet sind. Insbesondere kann hierbei der Ring 40 mit dem Innenring 151 verrastet sein und gegen diesen abdichten.
In Fig. 1 stützt sich eine entsprechende Dichtfläche 46 des Rings 40 an einem korrespondierenden Wandabschnitt des Innenrings 151 ab. Insbesondere kann die Dichtfläche 46 bei der Montage gegen den korrespondierenden Wandabschnitt des Innenrings 151 gedrängt sein, um die Dichtwirkung zu verbessern.
In Abwandlung hiervon kann, wie in Fig. 2 beispielhaft gezeigt, der Ring 40 im gespannten Zustand des Spannbolzens 30 axial gegen einen Dichtring 154 einer Radlagerdichtung des Radlagers 50/150 gedrängt sein und gegen diesen abdichten. Der Dichtring 154, gegen welchen sich der Ring 40 abstützt, ist in diesem Fall am Innenring 151 des Radlagers 50, gegebenenfalls auch an der Radnabe 120 feststehend angeordnet, um im Betrieb eine Relativbewegung zwischen dem Dichtring 154 und dem Ring 40 zu vermeiden.
Weiterhin ist es möglich, wie in Fig. 3 gezeigt, unabhängig von dem Vorhandensein eines Innenrings 151 des Radlagers 50/150 Gegenstrukturen für die Ankopplung des Rings 40 unmittelbar an der Radnabe 120 auszubilden. Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 sind entsprechend ein Vorsprung 22, eine Ausnehmung 23 und eine Dichtfläche 24 unmittelbar an das zweite Bauteil 20 angeformt, welche sie die Radnabe 120 bildet.
Abschließend sei kurz ein Verfahren zum Fügen des Gleichlaufgelenks 110 mit einer Radnabe 120 mit Radlager 150 unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung der vorstehend erläuterten Art beschrieben. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, diese Vorgehensweise auch bei anderen Einsatzsituationen der vorstehend erläuterten Plankerbverzahnungsanordnung zum Einsatz kommen kann, wobei dann das Gleichlaufgelenk 110 als erstes Bauteil 10 und entsprechend die Radnabe 120 als zweites Bauteil 20 im obigen Sinn zu verstehen ist. Bei der Montage kann zunächst an dem ersten Bauteil 10 bzw. dem Gleichlaufgelenk 110 der Ring 40 festgelegt werden. Das erste Bauteil 10 bzw. das Gleichlaufgelenk 110 wird also bereits als mit dem Ring 40 versehen dem Fügeprozess zugeführt.
In einem ersten Schritt des Fügeprozesses werden das Gleichlaufgelenk 110 und die Radnabe 120 mit dem Radlager 150 unter Verwendung des Rings 40 lose aneinander montiert. Dabei gelangen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 in einen Teileingriff, so dass sich deren Zähne bereits überlappen jedoch eine spielfreie Position noch nicht erreicht ist. In dieser Vormontageposition wird die Radnabe 120 gegenüber dem Gleichlaufgelenk 110 fixiert, so dass sich die beiden Bauteile nicht mehr ohne weiteres voneinander lösen lassen, jedoch gleichzeitig ausgeschlossen ist, dass deren Plankerbverzahnungen 11 und 21 in Zahn-auf Zahn-Position aufeinander stehen. Ein solcher Prozessschritt ist einfach handhabbar.
In einem zweiten Schritt erfolgt hernach ein Verspannen der ersten Plankerbverzahnung 11 und der zweiten Plankerbverzahnung 21 gegeneinander unter Verwendung des Spannbolzens 130. Da die Radnabe 120 bereits gegenüber dem Gleichlaufgelenk 110 vorfixiert ist, muss für diese beim Ansetzen und Verschrauben des Spannbolzens 130 keine zusätzliche Haltevorrichtung mehr vorgesehen werden. Durch das Verschrauben gelangen die erste Plankerbverzahnung 11 und die zweite Plankerbverzahnung 21 spielfrei in Anlage miteinander. Die entsprechende Verspannung wird in Abhängigkeit der zu übertragenden Drehmomente gewählt. Auch dieser Prozessschritt ist einfach handhabbar. Bei Erreichen der Montageposition dichtet der Ring 40 den Eingriff der ersten Plankerbverzahnung 11 mit der zweiten Plankerbverzahnung 21 radial nach außen ab, wird also von einer Montagehilfe zu einer Dichteinrichtung umgewandelt.
Die axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung ist demontierbar, insbesondere zerstörungsfrei demontierbar. Dies ist im Kundendienstfall von Vorteil.
Dazu kann beispielsweise der Rastmechanismus 41 derart ausgebildet sein, dass ein Lösen der Rastnasen 41a durch eine hohe Axialkraft oder ein Biegemoment möglich ist. Dazu können entsprechend angepasste Kontaktschrägen oder Fasen vorgesehen sein.
Gleichermaßen kann bei Verwenden von Schlitzen 45 zum Klemmen die Klemmkraft so eingestellt werden, dass ein Lösen unter Überwindung der Klemmkraft möglich ist. Eine Methode zur Demontage, zum Beispiel im Kundendienstfall, kann auf einfache Weise wie folgt ablaufen. Die Spanneinrichtung 30 beziehungswiese der Spannbolzen 130 wird hierzu zunächst etwas gelöst, vorzugsweise derart, dass ein Teileingriff der Plankerbverzahnungen 11 und 21 erhalten bleibt. Ein Spannbolzen 130 kann dazu beispielsweise um ca. 3 bis 9 mm gelöst werden (entsprechend 2 bis 6 Umdrehungen bei einer Gewindesteigung von 1 ,5mm). Mit einem Schonhammer wird auf den Kopf 31 des Spannbolzens 130 geschlagen bis sich der Ring 40 im Bereich des Rastmechanismus 41 beziehungsweise der Schlitze 45 löst. Ein Fallen des Gleichlaufgelenks 110 kann durch den noch nicht komplett gelösten Spannbolzen 130 verhindert werden. Nach dem Lösen 40 des Rings kann die Spanneinrichtung 30 beziehungsweise der Spannbolzen 130 ganz herausgeschraubt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste erstes Bauteil 50 Radlager erste Plankerbverzahnung 110 Gleichlaufgelenk
Gewindeöffnung 120 Radnabe zweites Bauteil 130 Spannbolzens zweite Plankerbverzahnung 131 Kopf
Vorsprung 132 Gewindeabschnitt
Ausnehmung 150 Radlager
Dichtfläche 151 Innenring als ein separates Bauteil
Spanneinrichtung 152 Außenring
Ring 153 Wälzkörperring
Rastmechanismus 154 Dichtring des Radlagersa Rastnase 160 Schwenklager
Innenumfangsfläche
Außenumfangsfläche h Zahnhöhe
Abschnitt x Axialspiel
Schlitz A Achse
Dichtfläche

Claims

Patentansprüche
1. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung, umfassend: ein erstes Bauteil (10) mit einer ersten Plankerbverzahnung (11), ein zweites Bauteil (20) mit einer zweiten Plankerbverzahnung (21), wobei die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) miteinander in Verzahnungseingriff stehen, eine Spanneinrichtung (30), durch welche im gespannten Zustand derselben die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) axial miteinander verspannt sind, und einen Ring (40), welcher die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) radial außenseitig umgibt und abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung (30) eine Montagesicherung bereitstellt, durch welche die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) lose miteinander in Eingriff gehalten sind, derart, dass ein Axialspiel (x) kleiner ist als die Höhe (h) der Zähne der ersten Plankerbverzahnung (11) und der zweiten Plankerbverzahnung (21).
2. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) an einem des ersten und zweiten Bauteils (10, 20) festgelegt ist und mit dem anderen des ersten und zweiten Bauteils (10, 20) über einen Rastmechanismus (41) gekoppelt ist.
3. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) Rastnasen (41a) ausbildet, die an dessen Umfang verteilt angeordnet sind und die nach Überwindung eines Vorsprungs (22) am anderen Bauteil in eine oder mehrere Ausnehmungen (23) am anderen Bauteil eingreifen.
4. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) einen die Rastnasen ausbildenden Abschnitt (44) aufweist und dieser die Rastnasen ausbildende Abschnitt (44) des Rings (40) radial elastisch ein- und ausfederbar ist, um einen Rastwiderstand zu überwinden
5. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnasen (41a) im ungespannten Zustand der Spanneinrichtung (30) mit Axialspiel in der oder den korrespondierenden Ausnehmungen (23) aufgenommen sind.
6. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überwindung des Vorsprungs (22) durch die Rastnase (41a) die Überdeckung der Zähne der ersten Plankerbverzahnung (11) und zweiten Plankerbverzahnung (21) 30 % bis 90 % der Zahnhöhe (h) derselben beträgt.
7. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) an mehreren Stellen auf dem Umfang geschlitzt ist.
8. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring eine umlaufende Dichtfläche (46) aufweist, welche im gespannten Zustand der Spanneinrichtung (30) gegen eine korrespondierende Dichtfläche (24) am anderen Bauteil gedrängt ist.
9. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtfläche (46) am Ring (40) und die korrespondierende Dichtfläche (24) am anderen Bauteil konisch ausgebildet sind.
10. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) vollumfänglich aus Kunststoff besteht.
11. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (10) ein Gleichlaufgelenk (110) ist, das zweite Bauteil (20) eine Radnabe (120) mit einem Radlager (150) ist, und die Spanneinrichtung (30) ein Spannbolzen (130) ist, welcher zentrisch durch die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) hindurchgeführt ist, um das erste Bauteil (10) und das zweite Bauteil (20) miteinander zu verspannen.
12. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) mit einem Innenring (151) des Radlagers (150), der seinerseits an der Radnabe (120) montiert ist, verrastet ist und gegen diesen abdichtet.
13. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im gespannten Zustand des Spannbolzens (30) der Ring (40) axial gegen einen Dichtring (154) einer Radlagerdichtung des Radlagers (150) gedrängt ist und abdichtet.
14. Axial verspannte Plankerbverzahnungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (40) mit einem Abschnitt der Radnabe (120) verrastet ist.
15. Verfahren zum Fügen eines Gleichlaufgelenks (110) mit einer Radnabe (120) mit Radlager (150) unter Verwendung einer Plankerbverzahnungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche 11 bis 14, wobei in einem ersten Schritt das Gleichlaufgelenk (110) und die Radnabe (120) mit dem Radlager (150) unter Verwendung des Rings (40) lose aneinander montiert werden und durch den Ring (40) die Aufrechterhaltung eines Teileingriffs der ersten Plankerbverzahnung (11) und der zweiten Plankerbverzahnung (21) gewährleistet wird, und in einem zweiten Schritt ein Verspannen der ersten Plankerbverzahnung (11) und der zweiten Plankerbverzahnung (21) gegeneinander unter Verwendung des Spannbolzens (130) erfolgt, wobei die erste Plankerbverzahnung (11) und die zweite Plankerbverzahnung (21) spielfrei in Anlage miteinander gelangen und der Ring (40) den Eingriff der ersten Plankerbverzahnung (11) mit der zweiten Plankerbverzahnung (21) radial nach außen abdichtet.
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