WO2008154899A1 - Verbindungsanordnung und gelenkwelle hiermit - Google Patents

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WO2008154899A1
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locking ring
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Claus Disser
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Shaft-Form-Engineering Gmbh
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    • Y10T403/7033—Longitudinally splined or fluted rod including a lock or retainer

Definitions

  • the invention relates to a connection arrangement for connecting joint waves with a retaining ring. Furthermore, the invention relates to a propeller shaft with such a connection arrangement.
  • a drive shaft for a motor vehicle is known, which is connected for example with a shaft journal to a transmission. The while is provided on the side facing the transmission with a hinge whose inner hub is formed as a profiled sleeve, in which a pin of the propeller shaft is inserted.
  • the pin of the propeller shaft is secured in this known PTO shaft by means of a locking ring in the sleeve against axial displacement and sealed by a sealing ring.
  • the sealing ring is in the insertion direction of the shaft journal in the sleeve further displaced into the sleeve in the arranged as the locking ring, which is provided at an outer edge region of the sleeve. This allows the circlip to be easily accessible for assembly and disassembly.
  • Circlips are known for the axial connection of shafts and sleeves in various embodiments.
  • OHG offers so-called circlips with a profile which is circular in cross-section as well as circlips with a rectangular profile, which can each be introduced into mutually opposite grooves of the shaft and the sleeve.
  • the locking rings with a rectangular profile are provided for a permanent connection, for example, between a shaft and a sleeve, wherein when dismantling either the ring sheared off or one of the grooves in which the ring is introduced, is destroyed.
  • the round profile snap rings allow a non-destructive release of the connection, if in an axial movement of the interconnected components relative to each other meets the edge of a groove on the rounded surface of the snap ring and this radially expands or compresses that the ring is substantially completely received in one of the grooves.
  • the forces to be applied for releasing the connection can be of different sizes or the ring can be urged into a position in which the connection can not be detached non-destructively.
  • Object of the present invention is to provide a connection arrangement of the type mentioned above with a locking ring and which allow a more reliable connection of two components and a defined non-destructive disassembly.
  • At least one edge of the profile is provided with a defined slope for mounting and / or disassembly of the retaining ring.
  • the invention is based on the idea that such a slope comes into contact with an edge or the like of a groove at an edge of the profile of the securing ring during an axial movement of the components connected to one another by the securing ring, so that the securing ring defines radially inside or out. The risk that the retaining ring uncontrollably shifts to a position in which the connection is no longer destructive solvable, is minimized thereby.
  • the at least one defined bevel is provided on one of the two radially outer edges of the securing ring.
  • at least one defined assembly or disassembly of the retaining ring is possible.
  • the at least one defined bevel is inclined at an angle of between about 15 ° and about 35 ° with respect to a radial side surface of the securing ring.
  • Such an angle of inclination allows axial forces of, for example, about one ton to be transmitted through the circlip without loosening the connection.
  • the retaining ring is specifically urged into one of the grooves of the interconnected components, so that the connection can be achieved without destruction.
  • the inclination angles of the bevels can be identical. In some applications, however, it has proven to be advantageous if the two slopes are inclined at a different angle relative to a radial side surface of the retaining ring.
  • circlips are often preassembled on one of the two components, ie introduced into a corresponding groove, the two components are then pushed under expansion or compression of the locking ring into each other.
  • the retaining ring in its unloaded state assumes a widened position and thus hangs loose in the groove of the shaft. This has the consequence that the circlip can be sheared or damaged when inserting the shaft into a sleeve.
  • the securing ring having a non-round shape when viewed in an axial direction, which is preferably mirror-symmetrical with respect to a radial plane passing through the slot.
  • the securing ring seen in the axial direction may have an oval or elliptical shape.
  • the securing ring has a corrugated, bevelled and / or serrated profile. As a result, an axial play of the retaining ring within one of the grooves can be compensated.
  • the invention further relates to a connection arrangement comprising a first component, which has at least sections a substantially cylindrical outer surface, and a second component, which has at least partially a substantially cylindrical inner surface for receiving the cylindrical outer surface of the first component, and with a retaining ring of the above-mentioned type, which can be introduced for connecting the two components in mutually associated grooves of the outer surface and the inner surface.
  • a connection arrangement comprising a first component, which has at least sections a substantially cylindrical outer surface, and a second component, which has at least partially a substantially cylindrical inner surface for receiving the cylindrical outer surface of the first component, and with a retaining ring of the above-mentioned type, which can be introduced for connecting the two components in mutually associated grooves of the outer surface and the inner surface.
  • the at least one bevel of the securing ring and the at least one bevel of the grooves are adapted to one another in such a way that the bevels come into contact with each other during an axial movement of the two components.
  • the bevels slide on each other, so that in this way the securing ring is urged radially inward or radially outward.
  • the first and / or the second component have at least one insertion bevel adjacent to the inner or outer surface. As a result, the risk of damage to the retaining ring and / or the grooves and the sealing ring during assembly is minimized.
  • the first component is a shaft or a Welienzapfen in the drive train of a vehicle and the second component is provided with a central opening inner hub of a ball joint.
  • Such shaft assemblies are provided for example in longitudinal or side shafts of motor vehicles for transmitting a torque from a drive unit to driven wheels. Due to the disadvantages of conventional circlips described above, the connection of a shaft journal to an inner hub of a ball joint with a locking ring has been difficult. It was therefore often used a shaft nut for connecting a shaft journal with the inner hub of a ball joint. In contrast, the connection according to the invention tion arrangement, the advantages of a lower weight and a smaller space required.
  • the angle of inclination of the at least one defined bevel is preferably selected such that the force required to release the connection is greater than the maximum axial force that can be transmitted in the drive train as a result of friction and / or mass inertia.
  • a drive train usually shift joints, displacement arrangements and / or elastic elements are provided between two bearing points, which allow a certain axial play or a defined displacement movement of the drive train.
  • the maximum transferable in the drive train axial force is essentially influenced by the friction of such Verschiebeeiemente and their inertia.
  • the angle of inclination of the at least one bevel is therefore selected such that the maximum axial forces acting on the drive line during operation can be transmitted by the connection arrangement. Only when an overlying predeterminable axial load, the connection assembly is achieved nondestructive.
  • the first and the second component are preferably matched to the securing ring in such a way that the connection fails in a defined axial force of less than 50 kN acting on the drive train. This prevents build up in the powertrain in an accident too high axial forces that can lead to an undefined buckling of the shaft.
  • first and the second component are matched to one another and to the securing ring such that after the defined failure of the connection, the first and the second component telescope with an axial force of less than 5 kN acting on the drive train is telescopically. Together with the defined guidance of the two components in one another buckling of the shaft is reliably prevented in this way.
  • a propeller shaft according to the invention in a drive train of a vehicle has at least one connecting arrangement of the above-mentioned type, wherein the first component is a shaft or a shaft journal in the drive train and the second component is an inner hub of a ball joint provided with a central opening.
  • the first and the second component are matched to one another such that in case of failure of the connection arrangement, the PTO shaft is telescopically telescoped by at least 250 mm, in particular by 300 mm. This large displacement prevents buckling of the PTO shaft in an accident.
  • the propeller shaft is equipped with at least two of the above-mentioned connection arrangements, wherein the respective first and the respective second component of the connection arrangements are coordinated such that in case of failure of the connection arrangements, the propeller shaft telescopically total by at least 250 mm, in particular by 300 mm , is nestable.
  • the displacement of each individual connection arrangement can therefore be significantly less than 250 mm.
  • the object underlying the invention is also achieved, independently of the features described above, in that the first component can be inserted into the second component and sealed by at least one sealing ring, at least one sealing ring being arranged in the insertion direction behind the securing ring.
  • the securing ring is positioned at a greater axial distance from the end side of the second component approaching the first component during insertion, than the sealing ring. If the first component is a shaft journal or the like which fits into a sleeve or Inner hub of a joint can be inserted, the locking ring is thus arranged closer to the front end of the shaft journal as the sealing ring.
  • a further advantage of this arrangement according to the invention is that the sealing ring only has to be displaced a minimal distance during the insertion of the first component into the second component, which considerably reduces the risk of damage to the sealing ring. It is of particular advantage in this case that the sealing ring does not have to pass through the groove in the first or second component, in which the securing ring can engage. Damage to the sealing ring when passing the edges of this groove is thus ruled out.
  • the sealing ring is arranged in a non-profiled section of the first and / or the second element, for example in a groove.
  • the first and the second element are at least partially provided with a corresponding profiling, for example, a spline for transmitting a torque.
  • the sealing ring is provided for example in a groove on the first component (shaft journal), wherein the groove is arranged in a portion of the first component which does not is provided such a serving for torque transmission profiling.
  • the portion in which the seal ring is disposed is substantially cylindrical except for the groove for the seal ring.
  • the corresponding inner surface of the second component is also provided with a Substantially cylindrical inner portion provided on which the sealing ring rests.
  • the sealing ring is preferably located in the vicinity of one end of the, for example, tungsusle-like second component.
  • the circlip can also be close to this
  • the securing ring can either be held in a groove on the first component (shaft journal) and snap into a corresponding groove in the second component and vice versa in a groove in the second
  • FIG. 1 is a side view of a retaining ring according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a plan view of the locking ring of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a section through the profile of the locking ring of FIG. 1,
  • FIG. 6 shows a plan view of a securing ring according to a fourth embodiment of the invention.
  • the circlip 1 shown in FIGS. 1 to 3 has, in the axial direction, a substantially round shape with a contactor 2, which allows a radial widening or compression of the circlip 1.
  • the securing ring 1 has a substantially rectangular profile in cross-section.
  • a bevel 3 is provided on one of the radial outer edges of the securing ring 1, which slope is inclined at an angle of approximately 15 ° with respect to the radially extending side face of the securing ring 1.
  • the retaining ring 1 must be sufficiently elastic and this can for example consist of Federstahi.
  • FIGS. 4 and 5 Two further embodiments of a securing ring are shown in FIGS. 4 and 5, wherein in the embodiment according to FIG. 4 both radially outer edges of the securing ring are provided with defined bevels 3a and 3b, respectively.
  • a radially outer edge and a radially inner edge of the securing ring are provided with a bevel 3c or 3d.
  • FIG. 7 shows a connection arrangement according to the invention, in which a transmission-side shaft journal 4 is connected via a securing ring 1 to a ball joint 5.
  • the ball joint in this case has an outer hub 6 with a plurality of counter-track grooves formed as well as an inner hub 7, which is also provided with counter-paths formed grooves.
  • each balls 8 are added, which are guided in a cage 9. As a result, a torque can be transmitted from the inner hub 7 to the outer hub 6 as well as a hollow shaft 10 connected thereto.
  • the inner hub 7 inside and the shaft journal 4 is provided externally with a spline 11.
  • the pivot pin 4 can thus be rotatably inserted into the inner hub 7 and only needs to be axially fixed over the retaining ring 1.
  • both in the inner hub 7 and on the shaft journal 4 mutually associated grooves 12 and 13 are provided.
  • a securing ring 1 of the type described above can be introduced, which protrudes at least partially out of the groove 13 in the unloaded state.
  • the retaining ring 1 is urged by an insertion bevel 14 on the end face of the inner hub 7 in the groove 13.
  • the snap ring 1 snaps under radial expansion as a result of its bias in the groove 12 of the inner hub 7.
  • a mounting groove 15 may be provided which allows the engagement of a tool for pushing together the inner hub 7 and the shaft journal 4.
  • 16 may be provided on the shaft journal 4, a further groove for receiving a sealing ring.
  • a tool can be introduced into the disassembly gap 17 between the end face of the inner hub and a shoulder of the shaft journal 4, as a result of which the inner hub 7 can be pushed away from shaft journal 4.
  • a tool can be introduced into the disassembly gap 17 between the end face of the inner hub and a shoulder of the shaft journal 4, as a result of which the inner hub 7 can be pushed away from shaft journal 4.
  • the edge of the groove 12 slides over the slope 3 of the securing ring 1 and urges this radially inwardly into the groove 13 so that the inner hub 7 can be deducted from the shaft.
  • the assembly and / or disassembly of the connection between the shaft journal 4 and the inner hub 7 can also be effected by means of a mouth-shaped tool which can be inserted into the mounting groove 15 or into the dismounting pad 17.
  • This tool not shown in the figure can be provided with a rod on which a weight is slidably mounted.
  • at least one Praiiamide is provided on the rod, against which the weight can be beaten, so that from the rod an impulse is transmitted to the maularttge tool, which thus pushes the inner hub 7 on the shaft journal 4 and subtracts from this.
  • connection arrangement shown in Figure 7 is not only lighter and more compact than conventional connection arrangements with a shaft nut, but also makes it possible to keep the shaft journal 4 small. As a result, bearings 18 and shaft seals 19 with a comparatively small diameter can advantageously be used.
  • the connection arrangement is designed according to a preferred embodiment of the invention such that the shaft journal 4 has a left in Figure 7 portion which is in the insertion direction forward, which is provided with the profiling 11 (spline), as well as a in Figure 7 right section, which is designed with the exception of the grooves for receiving the securing ring and the sealing ring 16 is substantially cylindrical.
  • the sleeve-shaped inner hub 7 also has a corresponding section with internal teeth and a substantially cylindrical inner section located in the vicinity of the right-hand end in FIG. 7, in which the groove 12 is provided for receiving the securing ring.
  • the sealing ring 16 lies further outward, that is to say closer to the right end of the inner hub 7 in FIG. 7 as the securing ring.
  • the sealing ring 16 therefore does not have to pass through a profiled section 11 of the inner hub 7 during assembly and has no groove 12 for the Circlip are pushed. Together with the installation of the sealing ring on the cylindrical inner surface of the inner hub 7, this not only enables a good seal but also prevents damage to the sealing ring, thus making it possible to prevent the retaining ring from becoming contaminated, for example via the dismantling gap 17 caulk.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Verbindung von beispielsweise zwei Bauteilen einer Gelenkwelle mittels eines Sicherungsrings, wobei der Sicherungsring aus einem elastischen Material, insbesondere Federstahl, besteht und mit einem beispielweise radial verlaufenden Schlitz versehen ist, und wobei der Sicherungsring ein Profil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen wenigstens eine Kante mit einer definierten Schräge zur Montage und/oder Demontage des Sicherungsrings versehen ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Gelenkwelle mit einer derartigen Verbindungsanordnung.

Description

Verbindungsanordnung und Gelenkwelle hiermit
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Anbindung von Gelenk- wellen mit einem Sicherungsring. Weiter betrifft die Erfindung eine Gelenkwelle mit einer derartigen Verbindungsanordnung.
Aus der DE 37 26 135 A1 ist eine Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug bekannt, die beispielsweise mit einem Wellenzapfen an ein Getriebe angebunden ist. Die Weile ist dabei auf der dem Getriebe zugewandten Seite mit einem Gelenk versehen, dessen Innennabe als eine profilierte Hülse ausgebildet ist, in welche ein Zapfen der Gelenkwelle eingesteckt ist. Der Zapfen der Gelenkwelle ist bei dieser bekannten Gelenkwelle mittels eines Sicherungsrings in der Hülse gegen axiale Verschiebung gesichert und über einen Dichtungsring abgedichtet. Der Dichtungsring ist dabei in Einsteckrichtung des Wellenzapfens in die Hülse weiter in die Hülse hinein verlagert angeordnet als der Sicherungsring, welcher an einem äußeren Randbereich der Hülse vorgesehen ist. Dies ermöglicht es, dass der Sicherungsring für die Montage und Demontage gut zugänglich ist.
Sicherungsringe sind zur axialen Verbindung von Wellen und Hülsen in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So werden beispielsweise von der Seeger-Orbis GmbH & Co. OHG sowohl sogenannte Sprengringe mit einem im Querschnitt kreisförmigen Profil als auch Sicherungsringe mit einem Querschnitt rechteckigen Profil angeboten, die jeweils in einander gegenüberliegende Nuten der Welle und der Hülse eingebracht werden können. Die Sicherungsringe mit rechteckigem Profil sind dabei für eine unlösbare Verbindung beispielsweise zwischen einer Welle und einer Hülse vorgesehen, wobei bei dem Demontieren entweder der Ring abgeschert oder eine der Nuten, in denen der Ring eingebracht ist, zerstört wird. Dagegen erlauben die Sprengringe mit rundem Profil ein zerstörungsfreies Lösen der Verbindung, wenn bei einer Axialbewegung der miteinander verbundenen Bauteile relativ zueinander die Kante einer Nut auf die abgerundete Fläche des Sprengringes trifft und diesen derart radial aufweitet oder zusammendrückt, dass der Ring im Wesentlichen vollständig in einer der Nuten aufgenommen ist.
Da die exakte Lage der lösbaren Sprengringe innerhalb der Nuten nicht eindeutig definierbar ist, kann es beim Lösen derartiger Verbindungen zu Schwierigkeiten kommen. So können die zum Lösen der Verbindung aufzubringenden Kräfte unterschiedlich groß sein oder der Ring kann in eine Position gedrängt werden, in welcher die Verbindung nicht zerstörungsfrei lösbar ist.
In verschiedenen Anwendungsbereichen besteht jedoch Bedarf nach einer axialen Verbindung für Bauteile, die einer definierten axialen Last Stand hält und bei Überschreiten einer vorgegebenen Last leicht lösbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art mit einem Sicherungsring sowie bereitzustellen, welche eine zuverlässigere Verbindung zweier Bauteile sowie eine definierte zerstörungsfreie Demontierbarkeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen durch eine Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine Kante des Profils mit einer definierten Schräge zur Montage und/oder Demontage des Sicherungsringes versehen ist. Der Erfindung Hegt dabei der Gedanke zugrunde, dass eine derartige Schräge an einer Kante des Profils des Sicherungsringes bei einer axialen Bewegung der durch den Sicherungsring miteinander verbundenen Bauteile mit einer Kante oder dergleichen einer Nut in Kontakt kommt, so dass der Sicherungsring definiert radial nach innen oder nach außen gedrängt werden kann. Die Gefahr, dass sich der Sicherungsring unkontrolliert in eine Position verschiebt, in welcher die Verbindung nicht mehr zerstörungsfrei lösbar ist, wird hierdurch minimiert.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine definierte Schräge an einer der beiden radial äußeren Kanten des Sicherungsringes vorgesehen. Hierdurch ist zumindest eine definierte Montage oder Demontage des Sicherungsringes möglich. Es wird jedoch besonders bevorzugt, wenn an beiden radial äußeren Kanten des Sicherungsringes definierte Schrägen vorgesehen sind, so dass sowohl die Montage als auch die Demontage des Sicherungsringes mit definierten Kräften ermöglicht wird.
Für vieie Anwendungsfäile hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine definierte Schräge in einem Winkel zwischen etwa 15° und etwa 35° gegenüber einer radialen Seitenfläche des Sicherungsringes geneigt verläuft. Ein derartiger Neigungswinkel erlaubt es, axiale Kräfte von beispielsweise etwa einer Tonne durch den Sicherungsring zu übertragen, ohne dass sich die Verbindung löst. Bei einer definierten höheren Kraft, wird der Sicherungsring jedoch gezielt in eine der Nuten der miteinander verbundenen Bautei- Ie gedrängt, so dass die Verbindung zerstörungsfrei gelöst werden kann.
Grundsätzlich können die Neigungswinkel der Schrägen identisch sein. In einigen Anwendungsfällen hat es sich jedoch als günstig erwiesen, wenn die beiden Schrägen in einem unterschiedlichen Winkel gegenüber einer radialen Seiten- fläche des Sicherungsringes geneigt verlaufen.
Für die Verbindung zweier Bauteile werden Sicherungsringe häufig auf einem der beiden Bauteile vormontiert, d.h. in eine entsprechende Nut eingebracht, wobei die beiden Bauteile dann unter Aufweitung oder Zusammenpressen des Sicherungsringes in einander geschoben werden. Wenn der Sicherungsring auf einer Welle vormontiert ist, nimmt der Sicherungsring in seinem unbelasteten Zustand eine aufgeweitete Stellung ein und hängt damit lose in der Nut der Welle. Dies hat zur Folge, dass der Sicherungsring beim Einschieben der Welle in eine Hülse abgeschert oder beschädigt werden kann.
Erfindungsgemäß kann dies dadurch verhindert werden, dass der Sicherungsring in einer axialen Richtung gesehen eine nicht runde Form aufweist, die vorzugsweise zu einer durch den Schlitz verlaufenden radialen Ebene spiegelsymmetrisch ist. Hierbei kann der Sicherungsring in axialer Richtung gesehen eine ovale oder elliptische Form aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es auch möglich, die an den Schlitz angrenzenden Enden des Sicherungsringes radial nach innen zu biegen oder umzukanten. Hierdurch wird erreicht, dass der Sicherungsring unter hoher Spannung zumindest näherungsweise zentriert in der Nut der Welle gehalten wird. Eine Beschädigung des Sicherungsringes und/oder der Nut beim Einführen der Welle in die Hülse wird hierdurch vermieden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Sicherungsring ein gewelltes, abgekantetes und/oder gezacktes Profil auf. Hier- durch kann ein axiales Spiel des Sicherungsringes innerhalb einer der Nuten ausgeglichen werden.
Die Erfindung betrifft weiter eine Verbindungsanordnung aus einem ersten Bauteil, das zumindest abschnittsweise eine im Wesentlichen zylindrische Außen- fläche aufweist, und einem zweiten Bauteil, das zumindest abschnittsweise eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche zur Aufnahme der zylindrischen Außenfläche des ersten Bauteils aufweist, und mit einem Sicherungsring der oben genannten Art, der zur Verbindung der beiden Bauteile in einander zugeordneten Nuten der Außenfläche und der Innenfläche einbringbar ist. Um die Verbindung der beiden Bauteile mit einer definierten Kraft bzw. das Loslösen der beiden Bauteile voneinander mit einer definierten Kraft zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn wenigstens eine der einander zugeordneten Nuten am Übergang zu der Außen- oder Innenfläche ebenfalls eine definierte Schräge und/oder eine Abrundung aufweist. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die wenigstens eine Schräge des Sicherungsringes und die mindestens eine Schräge der Nuten derart aneinander angepasst sind, dass die Schrägen bei einer axialen Bewegung der beiden Bauteile relativ zueinander in Anlage kommen. Damit können bei einer weiteren axialen Relativbewegung die Schrägen aufeinander gleiten, so dass hierdurch der Sicherungsring radial nach innen oder radial nach außen gedrängt wird.
Wenn die beiden Bauteile wie oben beschrieben vormontiert miteinander verbunden werden, wird es bevorzugt, wenn das erste und/oder das zweite Bauteil angrenzend an die Innen- bzw. Außenfläche wenigstens eine Einführschräge aufweisen. Hierdurch wird die Gefahr einer Beschädigung des Sicherungsringes und/oder der Nuten sowie des Dichtungsringes bei der Montage minimiert.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Bauteil eine Welle oder ein Welienzapfen im Antriebsstrang eines Fahrzeuges und das zweite Bauteil ist eine mit einer zentralen Öffnung versehene Innennabe eines Kugelgelenkes. Derartige Wellenanordnungen sind beispielsweise in Längs- oder Seitenwellen von Kraftfahrzeugen zur Übertragung eines Drehmomentes von einem Antriebsaggregat zu angetriebenen Rädern vorgesehen. Aufgrund der oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Sicherungsringe war bisher die Anbindung eines Wellenzapfens an eine innennabe eines Kugelgelenkes mit einem Sicherungsring nur schwer möglich. Es wurde daher häufig eine Wellenmutter zur Verbindung eines Wellenzapfens mit der Innennabe eines Kugelgelenkes eingesetzt. Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Verbin- dungsanordnung die Vorteile eines geringeren Gewichtes sowie eines geringeren erforderlichen Bauraumes auf.
Der Neigungswinkel der wenigstens einen definierten Schräge ist vorzugsweise derart gewählt, dass die zum Lösen der Verbindung erforderliche Kraft größer als die maximale in dem Antriebsstrang in Folge Reibung und/oder Massenträgheit übertragbare axiale Kraft ist. In einem Antriebsstrang sind zwischen zwei Lagerpunkten meist Verschiebegelenke, Verschiebeanordnungen und/oder elastische Elemente vorgesehen, die ein gewisses axiales Spiel bzw. eine definierte Verschiebebewegung des Antriebsstranges ermöglichen. Die hierbei maximal in dem Antriebsstrang übertragbare axiale Kraft wird im Wesentlichen durch die Reibung derartiger Verschiebeeiemente und deren Massenträgheit beeinflusst. Erfindungsgemäß ist der Neigungswinkel der wenigstens einen Schräge daher derart gewählt, dass die im Betrieb auftretenden maximal auf den Antriebs- sträng wirkenden axialen Kräfte von der Verbindungsanordnung übertragen werden können. Erst bei einer darüber liegenden vorbestimmbaren axialen Last wird die Verbindungsanordnung zerstörungsfrei gelöst.
Vorzugsweise sind dabei das erste und das zweite Bauteil derart auf den Siche- rungsring abgestimmt, dass die Verbindung bei einer auf den Antriebsstrang wirkenden Axialkraft von weniger als 50 kN definiert versagt. Dies verhindert, dass sich in dem Antriebsstrang bei einem Unfall zu hohe Axialkräfte aufbauen, die zu einem Undefinierten Ausknicken der Welle führen können.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens wird es bevorzugt, wenn das erste und das zweite Bauteil derart aufeinander und auf den Sicherungsring abgestimmt sind, dass nach dem definierten Versagen der Verbindung das erste und das zweite Bauteil mit einer auf den Antriebsstrang wirkenden Axialkraft von weniger als 5 kN teleskoparttg ineinanderschiebbar ist. Gemeinsam mit der definierten Führung der beiden Bauteile ineinander wird auf diese Weise ein Ausknicken der Welle sicher verhindert.
Eine erfindungsgemäße Gelenkwelle in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs weist wenigstens eine Verbindungsanordnung der oben genannten Art auf, wobei das erste Bauteil eine Welle oder einen Wellenzapfen im Antriebsstrang ist und das zweite Bauteil eine mit einer zentralen Öffnung versehene Innennabe eines Kugelgelenks ist. Dabei sind das erste und das zweite Bauteil derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Versagen der Verbindungsanordnung die Gelenkwelle teleskopartig um wenigstens 250 mm, insbesondere um 300 mm, ineinanderschiebbar ist. Dieser große Verschiebeweg verhindert bei einem Unfall ein Ausknicken der Gelenkwelle.
Üblicherweise ist die Gelenkwelle mit wenigstens zwei der oben genannten Ver- bindungsanordnungen ausgestattet, wobei das jeweils erste und das jeweils zweite Bauteil der Verbindungsanordnungen derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Versagen der Verbindungsanordnungen die Gelenkwelle teleskopartig insgesamt um wenigstens 250 mm, insbesondere um 300 mm, ineinanderschiebbar ist. Der Verschiebeweg jeder einzelnen Verbindungsanord- nung kann daher deutlich geringer als 250 mm sein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird unabhängig von den zuvor beschriebenen Merkmalen auch dadurch gelöst, dass das erste Bauteil in das zweite Bauteil einsteckbar und mittels wenigstens eines Dichtungsringes ab- dichtbar ist, wobei wenigstens ein Dichtungsring in Einsteckrichtung hinter dem Sicherungsring angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Sicherungsring im montierten Zustand der Verbindungsanordnung in größerer axialer Entfernung von dem sich während des Einsteckens an das erste Bauteil annähernden stim- seitigen Ende des zweiten Bauteils positioniert als der Dichtungsring. Wenn das erste Bauteil ein Wellenzapfen oder dergleichen ist, der in eine Hülse oder Innennabe eines Gelenks einsteckbar ist, ist der Sicherungsring folglich näher an dem stirnseitigen Ende des Wellenzapfens angeordnet als der Dichtungsring.
Auf diese Weise ist es möglich, auch den Sicherungsring abzudichten, so dass eine Verschmutzung in dem Verbindungsbereich der beiden Bauteile durch den Sicherungsring ausgeschlossen werden kann, so dass eine spätere Demontage der Verbindungsanordnung erheblich erleichtert wird. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass der Dichtungsring nur eine minimale Wegstrecke während des Einsteckens des ersten Bauteils in das zwei- te Bauteil verschoben werden muss, wodurch sich die Gefahr einer Beschädigung des Dichtungsrings erheblich reduziert. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass der Dichtungsring nicht die Nut in dem ersten bzw. zweiten Bauteil passieren muss, in welcher der Sicherungsring einrasten kann. Eine Beschädigung des Dichtungsringes beim Passieren der Kanten dieser Nut ist somit auszu- schließen.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass der Dichtungsring in einem nicht-profilierten Abschnitt des ersten und/oder des zweiten Elements, beispielsweise in einer Nut angeordnet ist. Das erste und das zweite Element sind zur Übertragung eines Drehmoments zumindest abschnittsweise mit einer korrespondierenden Profilierung, beispielsweise einer Keilverzahnung, versehen. Um die Dichtwirkung des Dichtungsrings zu verbessern und eine Beschädigung des Dichtungsrings zu vermeiden wird es bevorzugt, wenn der Dichtungsring beispielsweise in einer Nut auf dem ersten Bauteil (Wellenzapfen) vorgesehen ist, wobei die Nut in einem Abschnitt des ersten Bauteils angeordnet ist, das nicht mit einer derartigen zur Drehmomentübertragung dienenden Profilierung versehen ist. Mit anderen Worten ist der Abschnitt, in welchem der Dichtungsring angeordnet ist, mit Ausnahme der Nut für den Dichtungsring im Wesentlichen zylindrisch gestaltet. In gleicher Weise ist auch die korrespondie- rende Innenfläche des zweiten Bauteils (Innennabe/Hülse) mit einem im Wesentlichen zylindrischen Innenabschnitt versehen, an welchem der Dichtungsring anliegt.
Vorzugsweise liegt der Dichtungsring in dem montierten Zustand der Verbin- dungsanordnung in der Nähe eines Endes des beispielsweise hüisenartigen zweiten Bauteils. Der Sicherungsring kann dabei ebenfalls in der Nähe dieses
Endes vorgesehen sein, jedoch weiter in das zweite Bauteil hinein versetzt als der Dichtungsring. Der Sicherungsring kann dabei entweder in einer Nut auf dem ersten Bauteil (Wellenzapfen) gehalten sein und in eine entsprechende Nut in dem zweiten Bauteil einrasten als auch umgekehrt in eine Nut in dem zweiten
Bauteil gehalten sein und während der Montage in eine korrespondierenden Nut in dem ersten Bauteil einrasten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Sicherungsringes nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Sicherungsring nach Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt durch das Profil des Sicherungsrings nach Fig. 1 ,
Fig. 4 einen Schnitt durch das Profil eines Sicherungsrings nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 einen Schnitt durch das Profil eines Sicherungsrings nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Sicherungsring nach einer vierten Ausfüh- rungsform der Erfindung und
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Sicherungsring 1 weist in axialer Rich- tung gesehen eine im Wesentlichen runde Gestalt mit einem Schütz 2 auf, der ein radiales Aufweiten oder Zusammendrücken des Sicherungsringes 1 gestattet. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, hat der Sicherungsring 1 im Querschnitt ein im Wesentlichen rechteckiges Profil. Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist an einer der radialen Außenkanten des Sicherungsringes 1 eine Schräge 3 vor- gesehen, welche in einem Winkel von etwa 15° gegenüber der radial verlaufenden Seitenfläche des Sicherungsrings 1 geneigt ist. Zur Verbindung zweier Bauteile und zum Lösen dieser Verbindung muss der Sicherungsring 1 ausreichend elastisch sein und kann hierzu beispielsweise aus Federstahi bestehen.
In den Figuren 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsformen eines Sicherungsrings dargestellt, wobei bei der Ausführungsform nach Figur 4 beide radial äußeren Kanten des Sicherungsrings mit definierten Schrägen 3a bzw. 3b versehen sind. Dagegen ist bei der Ausführungsform nach Figur 5 eine radial äußere Kante und eine radial innere Kante des Sicherungsrings mit einer Schräge 3c bzw. 3d versehen.
Wie in Figur 2 dargestellt ist, hat der Sicherungsring 1 in seiner Draufsicht die Gestalt einer ebenen Scheibe. Dagegen ist bei der Ausführungsform nach Figur 6 der Sicherungsring mit einem gewellten Profil versehen, so dass der Siche- rungsring auch ein axiales Spiel ausgleichen kann. In Figur 7 ist eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung dargestellt, bei welcher ein getriebeseitiger Wellenzapfen 4 über einen Sicherungsring 1 mit einem Kugelgelenk 5 verbunden ist. Das Kugelgelenk weist hierbei eine Außennabe 6 mit mehreren als Gegenbahnen ausgebildeten Laufrillen sowie eine Innennabe 7 auf, die ebenfalls mit als Gegenbahnen ausgebildeten Laufrillen versehen ist. In den einander paarweise zugeordneten Laufrillenpaaren der Außennabe 6 und der Innennabe 7 sind jeweils Kugeln 8 aufgenommen, die in einem Käfig 9 geführt sind. Hierdurch kann ein Drehmoment von der Innennabe 7 auf die Außennabe 6 sowie eine mit dieser verbundene Hohlwelle 10 über- tragen werden.
Zur Drehmomentübertragung zwischen der Innennabe 7 und dem Wellenzapfen 4 kann die Innennabe 7 innen und der Wellenzapfen 4 außen mit einer Keilverzahnung 11 versehen sei. Der Weilenzapfen 4 lässt sich somit drehfest in die Innennabe 7 einschieben und braucht lediglich über den Sicherungsring 1 axial fixiert zu werden.
Sowohl in der Innennabe 7 als auch auf dem Wellenzapfen 4 sind einander zugeordnete Nuten 12 bzw. 13 vorgesehen. In die Nut 13 auf dem Wellenzapfen 4 kann ein Sicherungsring 1 der oben beschriebenen Art eingebracht werden, der im unbelasteten Zustand zumindest abschnittsweise aus der Nut 13 herausragt. Zur axialen Anbindung des Wellenzapfens 4 an die Innennabe 7 wird der Wellenzapfen 4 in die Innennabe 7 eingesteckt, wobei der Sicherungsring 1 durch eine Einführschräge 14 an der Stirnseite der Innennabe 7 in die Nut 13 gedrängt wird. Sobald die Nuten 12 und 13 in Ihrer in Figur 7 dargestellten einander zugeordneten Position angeordnet sind, schnappt der Sicherungsring 1 unter radialer Aufweitung in Folge seiner Vorspannung auch in die Nut 12 der Innennabe 7. Hierdurch ist die Verbindung zwischen der Innennabe 7 und dem Wellenzapfen 4 hergestellt. Auf der Außenseite der Innennabe 7 kann eine Montagenut 15 vorgesehen sein, die den Eingriff eines Werkzeuges zum Zusammenschieben der Innennabe 7 und des Wellenzapfens 4 erlaubt. Weiter kann auf dem Wellenzapfen 4 eine weitere Nut zur Aufnahme eines Dichtungsringes 16 vorgesehen sein.
Zum Lösen der Verbindung zwischen dem Wellenzapfen 4 und der Innennabe 7 kann ein Werkzeug in den Demontagespalt 17 zwischen der Stirnseite der Innennabe und einem Absatz des Wellenzapfens 4 eingebracht werden, wodurch sich die Innennabe 7 von Wellenzapfen 4 abdrücken lässt. Hierbei kommt eine Kante der Nut 12 der Innennabe 7 mit der Schräge 3 des Sicherungsringes 1 in Anlage. Die Kante der Nut 12 gleitet dabei über die Schräge 3 des Sicherungsringes 1 und drängt diesen hierbei radial nach innen in die Nut 13, so dass die Innennabe 7 von der Welle abgezogen werden kann.
Die Montage und/oder Demontage der Verbindung zwischen dem Wellenzapfen 4 und der Innennabe 7 kann auch mittels eines maulförmigen Werkzeuges erfolgen, welches in die Montagenut 15 bzw. in den Demontagespait 17 einsetzbar ist. Dieses in der Figur nicht dargestellte Werkzeug kann mit einer Stange versehen sein, auf der ein Gewicht verschiebbar gelagert ist. Weiter ist an der Stange wenigstens eine Praiifläche vorgesehen, gegen die das Gewicht geschlagen werden kann, so dass von der Stange ein Impuls auf das maularttge Werkzeug übertragen wird, das somit die Innennabe 7 auf den Wellenzapfen 4 schiebt bzw. von diesem abzieht.
Die in Figur 7 gezeigt Verbindungsanordnung ist nicht nur leichter und kompakter als herkömmliche Verbindungsanordnungen mit einer Wellenmutter, sondern ermöglicht es auch, den Wellenzapfen 4 klein zu halten. Hierdurch können vorteilhafterweise Lager 18 und Wellendichtringe 19 mit vergleichsweise kleinem Durchmesser eingesetzt werden. Wie in Figur 7 dargestellt, ist die Verbindungsanordnung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart ausgestaltet, dass der Wellenzapfen 4 einen in Figur 7 linken Abschnitt, der in Einsteckrichtung vorne liegt, aufweist, welcher mit der Profilierung 11 (Keilverzahnung) versehen ist, sowie einen in Figur 7 rechten Abschnitt, welcher mit Ausnahme der Nuten zur Aufnahme des Sicherungsrings und des Dichtungsringes 16 im Wesentlichen zylindrisch gestaltet ist. Auch die hülsenförmige Innennabe 7 weist einen korrespondierenden Abschnitt mit einer Innenverzahnung auf und einen in der Nähe des in Figur 7 rechten stirnseitigen Endes gelegenen im Wesentlichen zylindrischen Innenab- schnitt, in welchem die Nut 12 zur Aufnahme des Sicherungsrings vorgesehen ist.
Der Dichtungsring 16 liegt dabei weiter außen, das heißt näher an dem in Figur 7 rechten Ende der Innennabe 7 ais der Sicherungsring, Der Dichtungsring 16 muss daher während der Montage keinen profilierten Abschnitt 11 der innen- nabe 7 passieren und über keine Nut 12 für den Sicherungsring geschoben werden. Zusammen mit der Anlage des Dichtungsrings an der zylindrischen Innenfläche der (nnennabe 7 ermöglicht dies nicht nur eine gute Abdichtung sondern verhindert auch eine Beschädigung des Dichtungsringes. Auf diese Weise lässt sich auch der Sicherungsring vor Verschmutzung, die beispielsweise über den Demontagespalt 17 eindringen könnte, wirksam abdichten.

Claims

Patentansprüche
1 . Verbindungsanordnung aus einem ersten Bauteil und einem mit diesem verbindbaren zweiten Bauteil, welche insbesondere mittels eines Sicherungsrings relativ zueinander fixierbar sind, wobei der Sicherungsring aus einem elastischen Material, insbesondere Federstahl, besteht und mit einem beispielsweise radial verlaufenden Schlitz versehen ist, und wobei der Sicherungsring ein Profil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen wenigstens eine Kante mit einer definierten Schräge zur Montage und/oder Demontage des Sicherungsrings versehen ist.
2. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine definierte Schräge an einer der bei- den radial äußeren Kanten vorgesehen ist.
3. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass definierte Schrägen an beiden radial äußeren Kanten vorgesehen sind.
4. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine definierte Schräge in einem Winkel zwischen etwa 15° und etwa 35° gegenüber einer radialen Seitenfläche des Sicherungsrings geneigt verläuft.
5. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schrägen in einem unterschiedlichen Winkel gegenüber einer radialen Seitenfläche des Sicherungsringes geneigt verlaufen.
6. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring in axialer Richtung gesehen eine nicht runde, vorzugsweise zu einer durch den Schlitz verlaufenden radialen Ebene spiegelsymmetrische, Form aufweist.
7. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring in axialer Richtung gesehen eine o- vale oder elliptische Form aufweist.
8. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Schlitz angrenzenden Enden des Sicherungsrings radial nach innen gebogen sind.
9. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsring ein gewelltes, abgekantetes und/oder gezacktes Profil aufweist.
10. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aus einem ersten Bauteil, das zumindest abschnittsweise eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche aufweist, und einem zweiten Bauteil, das zumindest abschnittsweise eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche zur Aufnahme der zylindrischen Außenfläche des ersten Bauteils aufweist, und mit einem Sicherungsring, der zur Verbindung der beiden Bauteile in einander zugeordneten Nuten in der Außenfläche und der Innenfläche einbringbar ist.
11. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der einander zugeordneten Nuten am Übergang zu der Außen- oder Innenfläche eine definierte Schräge und/oder Abrundung aufweist.
12. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schräge des Sicherungsrings und die wenigstens eine Schräge der Nuten derart aneinander angepasst sind, dass die Schrägen bei einer axialen Bewegung der beiden Bauteile relativ zu einan- der in Anlage kommen und den Sicherungsring radial nach innen oder radial nach außen drängend aufeinander gleiten.
13. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Bauteil angrenzend an die Innen- bzw. Außenfläche wenigstens eine Einführschräge aufweist.
14. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 bis
13, wobei das erste Bauteil eine Welle oder einen Wellenzapfen im Antriebs- sträng eines Fahrzeugs ist und das zweite Bauteil eine mit einer zentralen Öffnung versehene Innennabe eines Kugelgelenks ist.
15. Verbindungsanordnung, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der wenigstens einen definierten Schräge derart gewählt ist, dass die zum Lösen der Verbindung erforderliche Kraft größer als die maximal in dem Antriebsstrang in Folge Reibung und/oder Massenträgheit übertragbare axiale Kraft ist.
16. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauteil und der Sicherungsring derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Verbindung bei einer auf den Antriebsstrang wirkenden Axiaikraft von weniger als 50 kN definiert versagt.
17. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Bauteil derart aufeinander und auf den Sicherungsring abgestimmt sind, dass nach dem definierten Versagen der Verbindung das erste und das zweite Bauteil mit einer auf den Antriebsstrang wirkenden Axialkraft von weniger als 5 kN teleskopartig ineinanderschiebbar ist.
18. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil in das zweite Bauteii einsteckbar und mittels wenigstens eines Dichtungsrings abdichtbar ist, wobei wenigstens ein Dichtungsring in Einsteckrichtung hinter dem Sicherungsring angeordnet ist.
19. Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring in einem nicht- profiiierten Abschnitt des ersten und/oder des zweiten Elements beispielsweise in einer Nut angeordnet ist.
20. Gelenkwelle in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit wenigstens einer Verbindungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis
19. wobei vorzugsweise das erste Bauteil eine Welle oder einen Weilenzapfen im Antriebsstrang ist und das zweite Bauteil vorzugsweise eine mit einer zentralen Öffnung versehene Innennabe eines Kugelgelenks ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass das erste und das zweite Bauteil beispielsweise derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Versagen der Verbindungsanordnung die Gelenkwelle teleskopartig um wenigstens 250 mm, insbesondere um 300 mm, ineinanderschiebbar ist.
21. Gelenkwelle, insbesondere nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils erste und das jeweils zweite Bauteil der Verbindungsanordnungen derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei einem Versagen der Verbindungsanordnungen die Gelenkwelle teleskopartig insgesamt um wenig- stens 250 mm, insbesondere um 300 mm, ineinanderschiebbar ist.
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