WO2005054699A1 - Bauteil einer welle-nabe-verbindung - Google Patents

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WO2005054699A1
WO2005054699A1 PCT/EP2003/013887 EP0313887W WO2005054699A1 WO 2005054699 A1 WO2005054699 A1 WO 2005054699A1 EP 0313887 W EP0313887 W EP 0313887W WO 2005054699 A1 WO2005054699 A1 WO 2005054699A1
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toothing
teeth
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grooves
shaft
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Frank Tenhumberg
Orkan Eryilmaz
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Gkn Driveline International Gmbh
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    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2237—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the grooves are composed of radii and adjoining straight lines, i.e. undercut free [UF] type joints
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    • F16D2001/103—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via splined connections

Definitions

  • the invention relates to one of two components of a shaft-hub connection for the transmission of torques.
  • component means either the shaft or the hub of the shaft-hub connection.
  • shaft-hub connections are known which comprise a shaft with an outer profile and a hub with an inner profile, which interlock.
  • Such shaft-hub connections are used in particular for non-rotatable connections between a shaft and an inner part of a swivel joint, as they occur in the drive train of motor vehicles.
  • the shaft-hub connections are usually designed in the form of serrations.
  • DE 197 22 917 C1 discloses a shaft-hub connection for the transmission of torques, in which the tooth profile of the shaft toothing has a variable course in the longitudinal direction. In this way, the stresses at the shaft end of the connection should be as low as possible.
  • the present invention seeks to provide a component of a shaft-hub connection, i. H. Propose shaft or hub for torque transmission, which ensures play-free assembly and axial securing during operation.
  • a first solution according to the invention consists in a component of a shaft-hub connection for the transmission of a torque, with a longitudinal axis, comprising a longitudinal toothing with a plurality of first teeth which are helically rotating around the longitudinal axis and have the same pitch and a plurality of around the longitudinal axis counterclockwise helical second teeth with the same pitch among each other.
  • This solution has the advantage that - in the assembled state of the shaft-hub connection and the meshing of the longitudinal toothing of the component with a corresponding counter toothing of a connecting part - the axial force components which arise due to the helical pitch during torque transmission largely cancel each other out.
  • the gradients are so small in quality that a backlash-free press fit can be produced with the counter-toothing of the connecting part.
  • the opposite slopes of the first and second teeth prevent the two components from moving apart and, in the worst case, prevent the component from being detached from a connecting part.
  • the opposing pitches of the teeth allow the use of relatively small pitch angles of the helices in order to ensure a minimal torsional backlash between the component and the connecting part. This in turn has a favorable effect on the entire shaft-hub connection, since the deformations are small overall.
  • At least one reference tooth is provided, which runs parallel to the longitudinal axis. This serves in particular as a reference for the Measurement of the manufacturing accuracy of the longitudinal toothing. If the longitudinal toothing has an even number of teeth, the number of reference teeth is even. In contrast, if the longitudinal toothing has an odd number of teeth, the number of reference teeth is also odd. At the very least, a reference tooth would have to be provided.
  • the number of first teeth preferably corresponds to the number of second teeth.
  • first teeth and the second teeth are regularly distributed alternately over the circumference.
  • a plurality of adjacent first teeth can also form a first group and a number of adjacent second teeth can form a second group.
  • several groups of first and second teeth are preferably provided, which are regularly alternately arranged over the circumference. It is particularly advantageous if the teeth of two diametrically opposed groups have the same direction of pitch. In this way, the manufacturing accuracy can be measured easily. Reference teeth can in turn be arranged between two adjacent groups of teeth.
  • the pitch of the first teeth preferably corresponds to the pitch of the second teeth.
  • the pitch angle between a tangent to a contour line on one of the first or second teeth and a parallel to the longitudinal axis intersecting the tangent is a maximum of 1 °.
  • the longitudinal toothing can be an external toothing of the shaft or, alternatively, an internal toothing of the hub.
  • the longitudinal teeth can also be designed as straight teeth with flat tooth flanks or as involute teeth.
  • a radial groove is preferably provided for the engagement of a securing ring.
  • a further solution to the first solution of the above-mentioned object consists in a shaft-hub connection for transmitting a torque, the shaft and the hub being in engagement with one another via a toothing arrangement, one of the two components, the shaft or the hub, being a component is with a longitudinal toothing according to the above embodiment and the other of the two components, the shaft or the hub, has a counter toothing with grooves parallel to the longitudinal axis, the two components being press fit together.
  • a second solution according to the invention consists in a component of a shaft-hub connection for the transmission of a torque, with a longitudinal axis, comprising a longitudinal toothing with a plurality of first grooves which are helically rotating around the longitudinal axis with the same pitch and a plurality of helically rotating around the longitudinal axis second grooves with the same pitch among themselves.
  • At least one reference groove is provided, which runs parallel to the longitudinal axis. This serves in particular as a reference for measuring the manufacturing accuracy of the longitudinal toothing, as described above.
  • the number of first grooves preferably corresponds to the number of second grooves.
  • the first grooves and the second grooves can be regularly distributed alternately over the circumference.
  • a plurality of mutually adjacent first grooves can form a first group and a plurality of mutually adjacent second grooves can form a second group.
  • first and second teeth are preferably provided, which are regularly alternately arranged over the circumference. It is particularly advantageous if the grooves of two diametrically opposed groups have the same direction of slope. In this way, the manufacturing accuracy can be measured easily. Reference grooves can in turn be arranged between two adjacent groups of grooves.
  • the slope of the first grooves preferably corresponds to the slope of the second grooves, so that the same axial forces, which largely cancel each other out as a whole, act on both grooves or groups of grooves.
  • the angle of inclination between a tangent to a contour line on a wall of one of the first or second grooves and a parallel to the longitudinal axis intersecting the tangent is a maximum of 1 °.
  • the longitudinal toothing can be an external toothing of the shaft or, alternatively, an internal toothing of the hub.
  • the longitudinal teeth can also be designed as straight teeth with flat tooth flanks or as involute teeth.
  • a radial groove for engaging a locking ring can also be provided.
  • a further development of the second solution consists in a shaft-hub connection for transmitting a torque, the shaft and the hub being in engagement with one another via a toothing arrangement, one of the two components which Shaft or the hub, a component with a longitudinal toothing according to the above embodiment and wherein the other of the two components, the shaft or the hub, has a counter toothing with teeth parallel to the longitudinal axis, the two components being press-fit together. 5
  • a preferred embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. Here shows
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a constant velocity universal joint with a component according to the invention in the form of a pin;
  • - Figure 2 shows a pin according to the invention in a first embodiment a) in a perspective view; b) in side view; 15 c) in plan view; d) according to section line A-A from Figure 2b;
  • Figure 3 shows a pin according to the invention in a second embodiment a) in a perspective view; 20 b) in side view; c) in top view; d) according to section line B-B from Figure 3b;
  • Figure 4 shows a hub according to the invention in a first embodiment 25 a) in plan view; b) according to section line C-C from Figure 4a;
  • Figure 5 shows a hub according to the invention in a second embodiment a) in plan view; 30 b) according to section line D-D from FIG. 5a.
  • Figure 1 shows a constant velocity universal joint 1 in the form of a fixed joint, which is connected via a shaft-hub connection to a component in the form of a pin 2.
  • the constant velocity joint 1 is used to transmit a torque in the drive train of a motor vehicle by angling the pin 2 with its longitudinal axis X relative to a connecting part 3.
  • the constant velocity joint 1 comprises an outer joint part 4 with outer ball tracks 5, an inner joint 6 with inner ball tracks 7, each in a pair Torque-transmitting balls 8 guided by outer and inner ball tracks and a ball cage 9 holding the balls 8 in the bisecting plane.
  • the connecting part 3, which is made in one piece with the outer joint part 4, is used, for example, for connecting to a wheel hub of the motor vehicle, not shown.
  • the pin 2 and the inner joint part 6 form the shaft-hub connection, where w a spline arrangement is provided for the rotationally fixed connection of the two components.
  • the spline arrangement comprises a spline 11 in the form of an external toothing on the pin 2 and a counter-toothing 13 in the form 15 of an internal toothing in a bore of the inner joint part 6.
  • the teeth of the inner toothing 13 are straight, ie they run parallel to the longitudinal axis X.
  • a locking ring is provided, which engages in corresponding radial grooves in the pin 2 and the inner joint part 6.
  • FIGS. 2a to 2d which show a first embodiment of the pin 2 according to the invention, are described together below. It can be seen
  • the number of first teeth 14 is equal to the number of second teeth 15, so that when a torque is introduced into the journal 2, the axial forces occurring due to the pitch of the teeth 14, 15 largely cancel each other out.
  • the design of the teeth 14, 15 in the form of helices enables play-free installation with the inner joint part.
  • the opposing pitches of the teeth 14, 15 enable the helices to be used with relatively small pitch angles in order to ensure a minimal torsional play between the pin 2 and the inner joint part. This in turn has a favorable effect on the entire shaft-hub connection, since the deformations overall are ring.
  • the pin 2 has a groove 16 for axial securing with the inner joint part 6, in which the locking ring, not shown, can engage.
  • the first and the second teeth 14, 15 are arranged alternately distributed over the circumference. At their ends adjacent to the end face of the pin, the teeth 14, 15 are regularly distributed over the circumference with the same pitch angle, so that counter-toothing of a hub can be pushed on without play when mounting in the first axial overlap region.
  • the rotational play is pressed out of the shaft-hub connection due to the helical external teeth 11.
  • the helix angle of the first teeth is equal in magnitude to the helix angle of the second teeth, so that the axial forces acting on the different tooth flanks during torque transmission are also of the same magnitude.
  • the pitch angle between a tangent T to a contour line to one of the first 15 or second teeth and a parallel X 'intersecting the tangent T to the longitudinal axis X is a maximum of 1 °.
  • the external toothing 11 is designed in the form of a straight toothing.
  • FIGS. 3a to 3d which are described together below, 20 show a second embodiment of a component according to the invention in the form of a pin 2 '.
  • the same components are provided with reference numbers deleted by 1.
  • the structure and mode of operation of the embodiment according to FIG. 3 essentially correspond to that from FIG. 2, which is why reference is made to the above description.
  • the spigot 2 'according to FIG. 3 has a first group 17 of first teeth 14' arranged immediately adjacent to one another and a second group 18 of immediately adjacent to one another second 30 teeth 15 '.
  • Each of the two groups 17, 18 comprises four teeth, a reference tooth 19, which runs parallel to the longitudinal axis X, being arranged between the two groups.
  • the pitch of the first teeth 14 ' corresponds to the pitch of the second teeth 15', so that axial forces that occur largely cancel each other out.
  • FIGS. 4a and 4b which show a component according to the invention in the form of an inner joint part in a first embodiment, are described below together.
  • the inner joint part 21 is part of a constant velocity joint shown for example in Figure 1. Together with a pin, not shown, the inner joint part 21 forms a shaft-hub connection, a spline arrangement being provided for the rotationally fixed connection of the two components.
  • the spline arrangement comprises an internal toothing 22 in the inner joint part 21 and an external toothing on the pin (not shown).
  • the teeth of the external teeth, which engage in grooves of the internal teeth, are straight, i.e. they run parallel to the longitudinal axis X.
  • the internal toothing 22 comprises first grooves 24, which are designed to be clockwise, and second grooves 25, which are designed to be counter-clockwise.
  • the number of the first grooves 24 is equal to the number of the second grooves 25, so that when a torque is introduced into the inner joint part 21 20, axial forces occurring due to the gradient of the grooves 24, 25 largely cancel each other out.
  • the inner joint part 21 has a radial groove 23 for axial securing with the pin, in which a locking ring (not shown) can engage.
  • the first and the second grooves 24, 25 are alternately distributed over the inner circumference. So that the pin with its external toothing can be inserted into the inner joint part 21 without play during assembly in the first axial overlap region, the grooves 24, 25 are on their drawing plane 4a facing ends with the same pitch angle regularly distributed over the inner circumference. When the pin is pushed further into the inner joint part 21, the rotational play is pressed out of the shaft-hub connection due to the helical grooves 24, 25. In terms of amount, the pitch angle of the first grooves 24 is equal to the pitch angle of the second grooves 25, so that the axial forces acting on the different groove flanks during torque transmission are also of the same magnitude.
  • the angle of inclination between a tangent T to a contour line on one of the first or second grooves and a parallel X 'intersecting the tangent T to the longitudinal axis X is a maximum of 1 °.
  • the internal toothing 11 is designed in the form of a spur toothing.
  • FIG. 5 A second embodiment of a component according to the invention in the form of an inner joint part 21 'emerges from FIGS.
  • identical components are provided with reference numbers deleted by 1.
  • the structure and mode of operation of the embodiment according to FIG. 5 essentially correspond to that from FIG. 4, which is why reference is made to the above description.
  • the inner joint part 21 ' In contrast to the inner joint part 21 from FIG. 4 with first and second grooves distributed alternately over the inner circumference, the inner joint part 21 'according to FIG. 5 has a first group 26 of first grooves 24' arranged directly adjacent to one another and a second group 27 from directly adjacent to one another arranged second grooves 25 '. Each of the two groups 26, 27 comprises four grooves. As in the above embodiment, the slope of the first grooves 24 'corresponds to the slope of the second grooves 25', so that axial forces that occur largely cancel each other out. Component of a shaft-hub connection

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (2, 21) einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments. Das Bauteil (2, 21) hat eine Längsachse (X) und eine Längsverzahnung (11, 22) mit einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) rechtsdrehend schraubenförmigen ersten Zähnen (14) oder Nuten (24) mit untereinander gleicher Steigung und einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) linksdrehend schraubenförmigen zweiten Zähnen (15) oder Nuten (25) mit untereinander gleicher Steigung.

Description

Bauteil einer Welle-Nabe-Verbindung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eines von zwei Bauteilen einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung von Drehmomenten. Mit Bauteil ist in diesem Sinne entweder die Welle oder die Nabe der Welle-Nabe-Verbindung gemeint. Zum Übertragen von Drehmomenten sind Welle-Nabe-Verbindungen bekannt, die eine Welle mit einem Außenprofil und eine Nabe mit einem Innenprofil umfassen, die ineinandergreifen. Solche Welle-Nabe-Verbindungen werden insbesondere für drehfeste Verbindungen zwischen einer Welle und einem Innenteil eines Drehgelenks eingesetzt, wie sie im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen vorkommen. Dabei sind die Welle-Nabe- Verbindungen in der Regel in Form von Kerbverzahnungen gestaltet.
Um zu gewährleisten, daß die Zahnflanken der Kerbverzahnung spielfrei ineinandergreifen, ist bekannt, eines der beiden Profile leicht schraubenförmig auszubilden, während das entsprechende Gegenprofil rein axial ausgeführt ist. Dabei unterliegt die Fertigungsgenauigkeit keinen besonderen Ansprüchen. Die Schraubensteigung weicht von der Axialität nur im Bereich von bis zu 40' ab. Problematisch an dieser Ausgestaltung ist, daß durch die Schraubensteigung bei Übertragung von Drehmomenten Axialkräfte zwischen der Welle und der Nabe erzeugt werden, welche gegebenenfalls zum axialen Verschieben der beiden Bauteile voneinander und schlimmstenfalls zum Lösen der Welle-Nabe-Verbindung führen können. Außerdem erfordern Fertigungsungenauigkeiten bei der Herstellung der Helices die Bildung von Welle- Nabe-Paarungen, welche bei minimalem Verdrehspiel möglichst geringe Verbaukräfte erzeugen. Denn zu hohe Verbaukräfte wirken sich negativ auf die Nabe aus, welche aufgeweitet wird und zu einer Veränderung des Bahndurchmessers der Kugelbahnen führen können. Aus der DE 197 22 917 C1 ist eine Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung von Drehmomenten bekannt, bei der das Zahnprofil der Wellenverzahnung in Längsrichtung einen veränderlichen Verlauf aufweist. Auf diese Weise sollen die Spannungen am wellenseitigen Ende der Verbindung möglichst gering sein.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil einer Welle-Nabe-Verbindung, d. h. Welle oder Nabe, zur Drehmomentübertragung vorzuschlagen, welches eine spielfreie Montage und axiale Sicherung bei Betrieb gewährleistet.
Eine erste erfindungsgemäße Lösung be'steht in einem Bauteil einer Welle-Nabe- Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, mit einer Längsachse, umfassend eine Längsverzahnung mit einer Mehrzahl von um die Längsachse rechtsdrehend schraubenförmigen ersten Zähnen mit untereinander gleicher Steigung und einer Mehrzahl von um die Längsachse linksdrehend schraubenförmigen zweiten Zähnen mit untereinander gleicher Steigung.
Diese Lösung bietet den Vorteil, daß sich - in montiertem Zustand der Welle-Nabe- Verbindung und Ineinandergreifen der Längsverzahnung des Bauteils mit einer ent- sprechenden Gegenverzahnung eines Anschlußteils - die aufgrund der schraubenförmigen Steigungen bei Drehmomentübertragung entstehenden Axialkraftkomponenten weitestgehend aufheben. Dabei sind die Steigungen qualitativ so gering, daß mit der Gegenverzahnung des Anschlußteils ein spielfreier Preßsitz herstellbar ist. Durch die gegenläufigen Steigungen der ersten und zweiten Zähne wird ein Ver- schieben der beiden Bauteile voneinander und schlimmstenfalls ein Lösen des Bauteils von einem Anschlußteil verhindert. Außerdem ermöglichen die gegenläufigen Steigungen der Zähne die Verwendung von relativ kleinen Steigungswinkeln der He- lices, um ein minimales Verdrehspiel zwischen dem Bauteil und dem Anschlußteil zu gewährleisten. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die gesamte Welle-Nabe- Verbindung aus, da die Deformationen insgesamt gering sind.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest ein Referenzzahn vorgesehen, der parallel zur Längsachse verläuft. Dieser dient insbesondere als Referenz für die Messung der Fertigungsgenauigkeit der Längsverzahnung. Weist die Längsverzahnung insgesamt eine gerade Anzahl von Zähnen auf, so ist auch die Anzahl der Referenzzähne gerade. Weist die Längsverzahnung demgegenüber insgesamt eine ungerade Anzahl von Zähnen auf, so ist auch die Anzahl der Referenzzähne unge- rade. Dabei wäre geringstenfalls ein Referenzzahn vorzusehen. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der ersten Zähne der Anzahl der zweiten Zähne. Somit heben sich die auf alle ersten Zähne in Längsrichtung wirkenden Axialkräfte mit den auf alle zweiten Zähne in entgegengesetzte Richtung wirkenden Axialkräfte genau auf.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die ersten Zähne und die zweiten Zähne regelmäßig abwechselnd über den Umfang verteilt angeordnet sind. Nach einer hierzu alternativen Ausführungsform können auch mehrere einander benachbarte erste Zähne eine erste Gruppe bilden und mehrere einander benachbarte zweite Zähne eine zweite Gruppe bilden. Dabei sind vorzugsweise mehrere Gruppen von ersten und zweiten Zähnen vorgesehen, welche über den Umfang regelmäßig abwechselnd angeordnet sind. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn die Zähne zweier einander diametral gegenüberliegender Gruppen die gleiche Steigungsrichtung aufweisen. Auf diese Weise läßt sich die Fertigungsgenauigkeit einfach messen. Zwischen zwei benachbarten Gruppen von Zähnen können wiederum Refe- renzzähne angeordnet sein.
Die Steigung der ersten Zähne entspricht vorzugsweise der Steigung der zweiten Zähne. Somit sind auf beide Zähne bzw. Gruppen von Zähnen betragsmäßig dieselben Axialkräfte wirksam, welche sich insgesamt gegenseitig weitestgehend aufhe- ben. Der Steigungswinkel zwischen einer Tangente an eine Höhenlinie an einen der ersten oder zweiten Zähne und einer die Tangente schneidenden Parallelen zur Längsachse beträgt maximal 1°. So können das Bauteil und das Anschlußteil spielfrei aufeinander gepreßt werden. Damit das Bauteil und das Anschlußteil aufeinander geschoben werden können ist vorgesehen, daß die Zähne an einem axialen Ende der Längsverzahnung in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Dabei ist das axiale Ende des Bauteils, d. h. Welle oder Nabe, das dem anderen Bauteil vor dem Aufschieben zugewandte Ende. Die Längsverzahnung kann einerseits eine Außenverzahnung der Welle oder, alternativ hierzu, eine Innenverzahnung der Nabe sein. Die Längsverzahnung kann weiterhin als Geradverzahnung mit ebenen Zahnflanken oder als Evolventenverzahnung gestaltet sein. Zur Axialsicherung zwischen dem Bauteil und einem entsprechenden Anschlußteil ist vorzugsweise eine Radialnut zum Eingriff eines Sicherungsrings vorgesehen.
Eine zur ersten Lösung weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe besteht in einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, wobei die Welle und die Nabe über eine Verzahnungsanordnung miteinander im Eingriff sind, wobei eines der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, ein Bauteil mit einer Längsverzahnung nach obiger Ausführung ist und wobei das jeweils andere der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, eine Gegenverzahnung mit zur Längsachse parallelen Nuten aufweist, wobei die beiden Bauteile mit Preßsitz miteinander ver- bunden sind.
Eine erfindungsgemäße zweite Lösung besteht in einem Bauteil einer Welle-Nabe- Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, mit einer Längsachse, umfassend eine Längsverzahnung mit einer Mehrzahl von um die Längsachse rechtsdrehend schraubenförmigen ersten Nuten mit untereinander gleicher Steigung und einer Mehrzahl von um die Längsachse linksdrehend schraubenförmigen zweiten Nuten mit untereinander gleicher Steigung. Diese Lösung bietet dieselben Vorteile, wie die oben genannte erste Lösung.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest eine Referenznut vorgesehen, die parallel zur Längsachse verläuft. Diese dient insbesondere als Referenz für die Messung der Fertigungsgenauigkeit der Längsverzahnung, wie oben beschrieben. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der ersten Nuten der Anzahl der zweiten Nuten. Somit heben sich die auf die Wandungen der ersten Nuten in Längsrichtung wirken- den Axialkräfte mit den auf die Wandungen der zweiten Nuten in entgegengesetzte Richtung wirkenden Axialkräfte genau auf. Nach einer Ausgestaltung können die ersten Nuten und die zweiten Nuten regelmäßig abwechselnd über den Umfang verteilt angeordnet sind. Nach einer hierzu alternativen Ausführungsform können auch mehrere einander benachbarte erste Nuten eine erste Gruppe bilden und mehrere einander benachbarte zweite Nuten eine zwei- te Gruppe bilden. Dabei sind vorzugsweise mehrere Gruppen von ersten und zweiten Zähnen vorgesehen, welche über den Umfang regelmäßig abwechselnd angeordnet sind. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn die Nuten zweier einander diametral gegenüberliegender Gruppen die gleiche Steigungsrichtung aufweisen. Auf diese Weise läßt sich die Fertigungsgenauigkeit einfach messen. Zwischen zwei benach- barten Gruppen von Nuten können wiederum Referenznuten angeordnet sein.
Die Steigung der ersten Nuten entspricht vorzugsweise der Steigung der zweiten Nuten, so daß auf beide Nuten bzw. Gruppen von Nuten betragsmäßig dieselben Axialkräfte wirksam sind, welche sich insgesamt gegenseitig weitestgehend aufheben. Der Steigungswinkel zwischen einer Tangente an eine Höhenlinie an eine Wandung einer der ersten oder zweiten Nuten und einer die Tangente schneidenden Parallelen zur Längsachse beträgt maximal 1 °. So können das Bauteil und das Anschlußteil spielfrei aufeinander gepreßt werden. Damit das Bauteil und das Anschlußteil aufeinander geschoben werden können ist vorgesehen, daß die Nuten an einem axialen Ende der Längsverzahnung in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Dabei ist das axiale Ende des Bauteils, d. h. Welle oder Nabe, das dem anderen Bauteil vor dem Aufschieben zugewandte Ende.
Die Längsverzahnung kann einerseits eine Außenverzahnung der Welle oder, alter- nativ hierzu, eine Innenverzahnung der Nabe sein. Die Längsverzahnung kann weiterhin als Geradverzahnung mit ebenen Zahnflanken oder als Evolventenverzahnung gestaltet sein. Zur Axialsicherung zwischen dem Bauteil und einem entsprechenden Anschlußteil kann weiterhin eine Radialnut zum Eingriff eines Sicherungsrings vorgesehen.
Eine Weiterbildung der zweiten Lösung besteht in einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, wobei die Welle und die Nabe über eine Verzahnungsanordnung miteinander im Eingriff sind, wobei eines der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, ein Bauteil mit einer Längsverzahnung nach vorstehender Ausführung ist und wobei das jeweils andere der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, eine Gegenverzahnung mit zur Längsachse parallelen Zähnen aufweist, wobei die beiden Bauteile im Preßsitz miteinander verbunden sind. 5 Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Gleichlaufdrehgelenk mit einem erfindungs- 10 gemäßen Bauteil in Form eines Zapfens; - Figur 2 einen erfindungsgemäßen Zapfen in einer ersten Ausführungsform a) in perspektivischer Ansicht; b) in Seitenansicht; 15 c) in Draufsicht; d) gemäß Schnittlinie A-A aus Figur 2b;
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Zapfen in einer zweiten Ausführungsform a) in perspektivischer Ansicht; 20 b) in Seitenansicht; c) in Draufsicht; d) gemäß Schnittlinie B-B aus Figur 3b;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Nabe in einer ersten Ausführungsform 25 a) in Draufsicht; b) gemäß Schnittlinie C-C aus Figur 4a;
Figur 5 eine erfindungsgemäße Nabe in einer zweiten Ausführungsform a) in Draufsicht; 30 b) gemäß Schnittlinie D-D aus Figur 5a.
Figur 1 zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 1 in Form eines Festgelenks, das über eine Welle-Nabe-Verbindung mit einem Bauteil in Form eines Zapfens 2 verbunden ist. Das Gleichlaufdrehgelenk 1 dient zur Übertragung eines Drehmoments im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs unter Abwinklung des Zapfens 2 mit seiner Längsachse X gegenüber einem Anschlußteil 3. Das Gleichlaufdrehgelenk 1 umfaßt ein Gelenkaußenteil 4 mit äußeren Kugelbahnen 5, ein Gelenkinnenteii 6 mit inneren Kugelbahnen 7, jeweils in einem Paar von äußeren und inneren Kugelbahnen geführte drehmomentübertragende Kugeln 8 sowie einen die Kugeln 8 in der Winkelhalbierenden Ebene haltenden Kugelkäfig 9. Dabei dient das Anschlußteil 3, welches einstük- kig mit dem Gelenkaußenteil 4 ausgeführt ist, beispielsweise zum Verbinden mit einer nicht dargestellten Radnabe des Kraftfahrzeugs. 10 Der Zapfen 2 und das Gelenkinnenteil 6 bilden die Welle-Nabe-Verbindung, wobei w eine Keilverzahnungsanordnung zum drehfesten Verbinden der beiden Bauteile vorgesehen ist. Die Keilverzahnungsanordnung umfaßt eine Längsverzahnung 11 in Form einer Außenverzahnung am Zapfen 2 sowie eine Gegenverzahnung 13 in Form 15 einer Innenverzahnung in einer Bohrung des Gelenkinnenteils 6. Dabei sind die Zähne der Innenverzahnung 13 gerade ausgebildet, d.h. sie verlaufen parallel zur Längsachse X. Zur Axialsicherung des Zapfens 2 mit dem Gelenkinnenteil 6 ist ein nicht dargestellter Sicherungsring vorgesehen, welcher in entsprechende Radialnuten im Zapfen 2 und dem Gelenkinnenteil 6 eingreift. 20 Die Figuren 2a bis 2d, welche eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zapfens 2 zeigen, werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist ersichtlich,
— daß die Außenverzahnung 11 erste Zähne 14, welche rechtsdrehend schraubenförmig gestaltet sind, sowie zweite Zähne 15, welche linksdrehend schraubenförmig 25 gestaltet sind, aufweist. Dabei ist die Anzahl der ersten Zähne 14 gleich der Anzahl der zweiten Zähne 15, so daß sich bei Einleiten eines Drehmoments in den Zapfen 2 aufgrund der Steigung der Zähne 14, 15 auftretende Axialkräfte gegenseitig weitest- gehend aufheben. Durch die Ausgestaltung der Zähne 14, 15 in Form von Helices wird eine spielfreie Verbauung mit dem Gelenkinnenteil ermöglicht. Dabei ermögli- 30 chen die gegenläufigen Steigungen der Zähne 14, 15 die Verwendung von relativ kleinen Steigungswinkeln der Helices, um ein minimales Verdrehspiel zwischen Zapfen 2 und dem Gelenkinnenteil zu gewährleisten. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die gesamte Welle-Nabe-Verbindung aus, da die Deformationen insgesamt ge- ring sind. Der Zapfen 2 hat zur Axialsicherung mit dem Gelenkinnenteil 6 eine Nut 16, in die der nicht dargestellte Sicherungsring eingreifen kann.
Die ersten und die zweiten Zähne 14, 15 sind bei dieser Ausführungsform 5 abwechselnd über den Umfang verteilt angeordnet. An ihren zur Stirnfläche des Zapfens benachbarten Enden sind die Zähne 14, 15 mit gleichem Teilungswinkel regelmäßig über den Umfang verteilt, so daß eine Gegenverzahnung einer Nabe beim Montieren im ersten axialen Überdeckungsbereich spielfrei aufgeschoben werden kann. Beim weiteren Einschieben der Nabe auf den Zapfen 2 wird das Drehspiel auf- 10 grund der schraubenförmigen Außenverzahnung 11 aus der Welle-Nabe-Verbindung gepreßt. Der Steigungswinkel der ersten Zähne ist betragsmäßig gleich dem Stei- gungswinkel der zweiten Zähne, so daß die bei Drehmomentübertragung auf die unterschiedlichen Zahnflanken einwirkenden Axialkräfte ebenfalls gleich groß sind. Der Steigungswinkel zwischen einer Tangente T an eine Höhenlinie an einen der ersten 15 oder zweiten Zähne und einer die Tangente T schneidenden Parallelen X' zur Längsachse X beträgt maximal 1 °. Im Querschnitt betrachtet ist die Außenverzahnung 11 in Form einer Geradverzahnung gestaltet.
Aus den Figuren 3a bis 3d, welche im folgenden gemeinsam beschrieben werden, 20 geht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils in Form eines Zapfens 2' hervor. Gleiche Bauteile sind mit um 1 gestrichenen Bezugsziffern versehen. Aufbau und Funktionsweise der Ausführungsform nach Figur 3 entsprechen im — - wesentlichen derjenigen aus Figur 2, weswegen auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. 25 Im Unterschied zum Zapfen 2 aus Figur 2 mit über den Umfang abwechselnd verteilten ersten und zweiten Zähnen weist der Zapfen 2' nach Figur 3 eine erste Gruppe 17 von unmittelbar benachbart zueinander angeordneten ersten Zähnen 14' und eine zweite Gruppe 18 von unmittelbar benachbart zueinander angeordneten zweiten 30 Zähnen 15' auf. Jede der beiden Gruppen 17, 18 umfaßt dabei vier Zähne, wobei zwischen den beiden Gruppen jeweils ein Referenzzahn 19, welcher parallel zur Längsachse X verläuft, angeordnet ist. Dieser dient insbesondere als Referenz zum Messen der Steigungswinkel der ersten und zweiten Zähne 14', 15' und zur Überprü- fung der Fertigungsgenauigkeit. Wie auch schon bei der obigen Ausführungsform entspricht die Steigung der ersten Zähne 14' der Steigung der zweiten Zähne 15', damit auftretende Axialkräfte sich gegenseitig weitestgehend aufheben.
5 Die Figuren 4a und 4b, die ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form eines Gelenkinnenteils in einer ersten Ausführungsform zeigen, werden im folgenden gemeinsam beschrieben. Das Gelenkinnenteil 21 ist Teil eines beispielsweise in Figur 1 gezeigten Gleichlaufdrehgelenks. Zusammen mit einem nicht dargestellten Zapfen bildet das Gelenkinnenteil 21 eine Welle-Nabe-Verbindung, wobei eine Keilverzahnungs- 10 anordnung zum drehfesten Verbinden der beiden Bauteile vorgesehen ist. Die Keilverzahnungsanordnung umfaßt eine Innenverzahnung 22 im Gelenkinnenteil 21 so- w wie eine Außenverzahnung an dem nicht dargestellten Zapfen. Dabei sind die Zähne der Außenverzahnung, die in Nuten der Innenverzahnung eingreifen, gerade ausgebildet, d.h. sie verlaufen parallel zur Längsachse X. 15 Die Innenverzahnung 22 umfaßt erste Nuten 24, welche rechtsdrehend schraubenförmig gestaltet sind, sowie zweite Nuten 25, welche linksdrehend schraubenförmig gestaltet sind. Dabei ist die Anzahl der ersten Nuten 24 gleich der Anzahl der zweiten Nuten 25, so daß sich bei Einleiten eines Drehmoments in das Gelenkinnenteil 21 20 aufgrund der Steigung der Nuten 24, 25 auftretende Axialkräfte gegenseitig weitestgehend aufheben. Durch die Ausgestaltung der Nuten 24, 25 in Form von Helices wird eine spielfreie Verbauung mit dem Zapfen ermöglicht. Dabei ermöglichen die
^ gegenläufigen Steigungen der Nuten 24, 25 die Verwendung von relativ kleinen Steigungswinkeln der Helices, um ein minimales Verdrehspiel zwischen Gelenkinnenteil 25 21 und Zapfen zu gewährleisten. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die gesamte Welle-Nabe-Verbindung aus, da die Deformationen insgesamt gering sind. Das Gelenkinnenteil 21 hat zur Axialsicherung mit dem Zapfen eine Radialnut 23, in die ein nicht dargestellter Sicherungsring eingreifen kann.
30 Die ersten und die zweiten Nuten 24, 25 sind in dieser Ausführungsform abwechselnd über den Innenumfang verteilt. Damit der Zapfen mit seiner Außenverzahnung beim Montieren im ersten axialen Überdeckungsbereich spielfrei in das Gelenkinnenteil 21 eingeschoben werden kann, sind die Nuten 24, 25 an ihren der Zeichenebene aus Figur 4a zugewandten Enden mit gleichem Teilungswinkel regelmäßig über den Innenumfang verteilt. Beim weiteren Einschieben des Zapfens in das Gelenkinnenteil 21 wird das Drehspiel aufgrund der schraubenförmigen Nuten 24, 25 aus der Welle- Nabe-Verbindung gepreßt. Der Steigungswinkel der ersten Nuten 24 ist betragsmä- ßig gleich dem Steigungswinkel der zweiten Nuten 25, so daß die bei Drehmomentübertragung auf die unterschiedlichen Nutenflanken einwirkenden Axialkräfte ebenfalls gleich groß sind. Der Steigungswinkel zwischen einer Tangente T an eine Höhenlinie an einen der ersten oder zweiten Nuten und einer die Tangente T schneidenden Parallelen X' zur Längsachse X beträgt maximal 1°. Im Querschnitt betrach- tet ist die Innenverzahnung 11 in Form einer Geradverzahnung gestaltet.
Aus den Figuren 5a und 5b, welche im folgenden gemeinsam beschrieben werden, geht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils in Form eines Gelenkinnenteils 21' hervor. Gleiche Bauteile sind gegenüber Figur 4 mit um 1 ge- strichenen Bezugsziffern versehen. Aufbau und Funktionsweise der Ausführungsform nach Figur 5 entsprechen im wesentlichen derjenigen aus Figur 4, weswegen auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird.
Im Unterschied zum Gelenkinnenteil 21 aus Figur 4 mit über den Innenumfang ab- wechselnd verteilten ersten und zweiten Nuten weist das Gelenkinnenteil 21' nach Figur 5 eine erste Gruppe 26 von unmittelbar benachbart zueinander angeordneten ersten Nuten 24' und eine zweite Gruppe 27 von unmittelbar benachbart zueinander angeordneten zweiten Nuten 25' auf. Jede der beiden Gruppen 26, 27 umfaßt vier Nuten. Wie auch schon bei der obigen Ausführungsform entspricht die Steigung der ersten Nuten 24' der Steigung der zweiten Nuten 25', damit auftretende Axialkräfte sich gegenseitig weitestgehend aufheben. Bauteil einer Welle-Nabe-Verbindung
Bezugszeichenliste
1 Gleichlaufdrehgelenk
2 Bauteil / Zapfen 3 Anschlußteil
4 Gelenkaußenteil
5 äußere Kugelbahnen 6 Gelenkinnenteil 7 innere Kugelbahnen 8 Kugeln 9 Kugelkäfig
11 Längsverzahnung / Außenverzahnung
13 Gegenverzahnung
14 erste Zähne
15 zweite Zähne
16 Nut
17 erste Gruppe
18 zweite Gruppe
19 Referenzzahn
21 Bauteil / Gelenkinnenteil
22 Längsverzahnung / Innenverzahnung
23 Radialnut
24 erste Nut
25 zweite Nut
26 erste Gruppe
27 zweite Gruppe
X Längsachse
T Tangente

Claims

Bauteil einer Welle-Nabe-VerbindungPatentansprüche
1. Bauteil (2) einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, mit einer Längsachse (X), umfassend eine Längsverzahnung (11) mit einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) rechtsdrehend schraubenförmigen ersten Zähnen (14) mit untereinander gleicher Steigung und einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) linksdrehend schraubenförmigen zweiten Zähnen (15) mit untereinander gleicher Steigung.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der ersten Zähne (14) der Anzahl der zweiten Zähne (15) entspricht.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Refereηzzahn (19) vorgesehen ist, der parallel zur Längsachse (X) verläuft.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Zähne (14) und die zweiten Zähne (15) regelmäßig abwechselnd über den Umfang verteilt angeordnet sind.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einander benachbarte erste Zähne (14) eine erste Gruppe (17) bilden und mehrere einander benachbarte zweite Zähne (15) eine zweite Gruppe (18) bilden.
6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen (17, 18) von ersten und zweiten Zähnen (14, 15) vorgesehen sind, welche über den Umfang regelmäßig abwechselnd angeordnet sind.
7. Bauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Gruppen (17, 18) von ersten und zweiten Zähnen (14, 15) ein gerader Referenzzahn (19) angeordnet ist.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der ersten Zähne (14) betragsmäßig der Steigung der zweiten Zähne (15) entspricht.
9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel zwischen einer Tangente (T) an eine Höhenlinie an einen der ersten oder zweiten Zähne (14, 15) und einer die Tangente (T) schneidenden Parallelen zur Längsachse (X) maximal 1° beträgt.
10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung (11) eine Außenverzahnung der Welle ist.
11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung eine Innenverzahnung der Nabe ist.
12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung (11) im Querschnitt eine Geradverzahnung ist.
13. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung im Querschnitt eine Evolventenverzahnung ist.
14. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (14, 15) an einem axialen Ende der Längsverzahnung in Um- fangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
15. Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, wobei die Welle und die Nabe über eine Verzahnungsanordnung miteinander im Eingriff sind, wobei eines der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, ein Bauteil mit einer Längsverzahnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist und wobei das jeweils andere der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, eine Gegenverzahnung mit zur Längsachse (X) parallelen Nuten aufweist, wobei die beiden Bauteile im Preßsitz miteinander verbunden sind.
16. Bauteil einer Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, mit einer Längsachse, umfassend eine Längsverzahnung (22) mit einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) rechtsdrehend schraubenförmigen ersten Nuten (24) mit untereinander gleicher Steigung und einer Mehrzahl von um die Längsachse (X) linksdrehend schraubenförmigen zweiten Nuten (25) mit untereinander gleicher Steigung.
17. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der ersten Nuten (24) der Anzahl der zweiten Nuten (25) entspricht.
18. Bauteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Referenznut vorgesehen ist, die parallel zur Längsachse (X) verläuft.
19. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Nuten (24) und die zweiten Nuten (25) regelmäßig abwechselnd über den Umfang verteilt angeordnet sind.
20. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einander benachbarte erste Nuten (24) eine erste Gruppe (26) bilden und mehrere einander benachbarte zweite Nuten (25) eine zweite Gruppe (27) bilden.
21. Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gruppen (26, 27) von ersten und zweiten Nuten (24, 25) vorgesehen sind, welche über den Umfang regelmäßig abwechselnd angeordnet sind.
22. Bauteil nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Gruppen (26, 27) von ersten und zweiten Nuten (24, 25) eine gerade Referenznut angeordnet ist.
23. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der ersten Nuten (24) betragsmäßig der Steigung der zweiten Nuten (25) entspricht.
24. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel zwischen einer Tangente (T) an eine Höhenlinie an einen der ersten oder zweiten Nuten (24, 25) und einer die Tangente (T) schneidenden Parallelen zur Längsachse maximal 1° beträgt.
25. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung eine Außenverzahnung der Welle ist.
26. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung (22) eine Innenverzahnung der Nabe ist.
27. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung (22) im Querschnitt betrachtet eine Geradverzahnung ist.
28. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsverzahnung im Querschnitt eine Evolventenverzahnung ist.
29. Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24, 25) an einem axialen Ende der Längsverzahnung in Um- fangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
30. Welle-Nabe-Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments, wobei die Welle und die Nabe über eine Verzahnungsanordnung miteinander im Eingriff sind, wobei eines der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, ein Bauteil mit einer Längsverzahnung nach einem der Ansprüche 16 bis 29 ist und wobei das jeweils andere der beiden Bauteile, die Welle oder die Nabe, eine Gegenverzahnung mit zur Längsachse parallelen Zähnen aufweist, wobei die beiden Bauteile im Preßsitz miteinander verbunden sind.
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