DE3210389A1

DE3210389A1 - Verbindungsanordnung zum verdrehsicheren verspannen von mit ihren stirnflaechen einander zugekehrten flanschen mittels in flanschbohrungen angeordneten schraubverbindungen

Info

Publication number: DE3210389A1
Application number: DE19823210389
Authority: DE
Inventors: Götz von 7336 Uhingen Hiddessen; Einhard 7300 Esslingen Kleinschmit
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1982-03-20
Publication date: 1983-04-07
Also published as: DE3210389C2

Description

Verbindungsanordnung zum verdrehsicheren Verspan
nen von Flanschen mittels Schraubverbindungen Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum verdrehsicheren Verspannen von mit ihren Stirnflächen einander zugekehrten Flanschen mittels in Flanschbohrungen angeordneten ScIiraubverbindungen.
Das verdrehsichere gegenseitige Verspannen von Flanschen läßt sich in der Praxis durch folgende Maßnahmen erreichen: Die Flansche werden wegen des geringen Reibungswiderstandes zwischen ihren Flanschstirnflächen mit hohen Spannkräften verspannt, wozu Spannschrauben mit entsprechend großen Durchmesser zu verwenden sind. Der Schraubenquerschnitt erfordert eine entsprechend große Dimensionierung der Flansche hinsichtlicli Durchmesser und Dicke.
Anstelle von mit großen Toleranzen in den Flanschbollrungen vorzusehenden Schraubverbindungen können in diese auch entsprechend kräftig dimensionierte Preßhtilsen, Paßschrauben oder dergleichen Verbindungselemente formschliissig eingebracht werden, die jedoch gleichfalls entsprechend grol3e Flanschabmessungen notwendig machen.
Dieses Erfordernis wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn es sich beispielsweise darum handelt, den Gelenkring eines in einem Kraftfahrzeug-Triebstrang zwischengeschalteten Gleichlaufgelenks mit einer Welle des Triebstrangs zu verbinden.
In diesem Falle dienen der Gelenkring und das eine Wellenende zugleich als miteinander zu verspannende Flansche, und es ist naheliegend, welche Verteuerung sich insbesondere beim Gleichlaufgelenk aus der erforderlichen großen Dimensionierung des Gelenkringes ergibt; ganz abgesehen von der daraus erwachsenden Gewichtserhöhung.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung für Flansche anzugeben, die verdrehsicheres Verspannen von Flanschen bei erheblich verminderten Durchmesser- und Dickenabmessungen der Flansche bzw.
bei wesentlich geringerem Materialaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Stirnfläche wenigstens eines Plansches mindestens bereichsweise Oberflächenaufwerfungen angeordnet sind, die beim gegenseitigen Verspannen beider Flansche In eine Gegenfläche eindrüclcbar sind.
Liegen die Flanscllstirnflcicllen unmittelbar aneinander an, wird die Gegenfläche durch eine Flanscbstirnfläclle gebilde t, in welche sictl die Oberflächenaufwerfllngen des einen Flansclies unmittelbar eiiigraben und so eine zuverlässige fornlschliissige gegenseitige Verbindung beider Flansche tlerstellell können.
Sollen dabei die Flansche eine verhältnismä,Jig hohe Festigkeit besitzen, ist es zur Erzielung eines gegenseitigen Verkrallens der Flansche sorteilllaft, wenn die Stirnfläche wenigstens eines Flansches zumindest in jenen,von Oberfläc}lenaufwerfungen freien Bereichen, welche mit Oberflächenaufwerfungen ausgestatteten Bereichen der anderen Flanschstirnfläche gegenüberliegen, eine gegenüber den anderen Flächenbereichen verringerte Druckfestigkeit aufweist, um ein wirksames Eindringen von Oberflächenaufwerfungen in die benachbarte Flanschstirnfläche zu ermögliciien.
Bevorzugt sind die Oberfläciienaufwerfungen im Bereich zumindest eines Teils der die Schraubverbindungen aufnehmenden Flanschbohrungen angeordnet, da an diesen Flächenbereichen in verspanntem Zustand der Flansche die größte Flächenpressung erreicht wird Selbstverständlich können die Oberflächenaufwerfungen auch über die gesamte Flanschstirnfläche verteilt vorgesehen sein.
Die Oberflächenaufwerfungen lassen sich an den Flanschstirnflächen besonders vorteilhaft durch in die Stirnflächen eingebrachte, insbesondere meißelschlagförmige Einprägungen erzeugen, die senkrecht zur Verschieberichtung verlaufen. Bei der Herstellung dieser Einprägungen wird das Flansohmaterial beiderseits der Einprägungen verdrängt und weicht hierbei, die Oberflächenaufwerfungen bildend, nach außen aus.
Dabei ist es günstig, Wenn die im Querscllni.tt V-förmigen Nuten bildenden meißel s chlagförmlgen Einprägungen Einprägungen an beiden Flanschstirnflächen in Umfangsrichtung zueinander versetzt vorgesehen sind, so daß ein gewisser Verzahnungseffekt erreicht wird, der eine Verschiebung der beiden Flansche gegeneinander verhindert.
Sofern zwischen die Flansche eine Zwischenlage,beispielsweise zu Abdichtzwecken'einzubringen ist, bietet es sich an, diese zur Verdrehsicherung der Flansche mitzubenutzen.
In diesem Falle bilden die Stirnflächen der Zwischenlage jeder Flanschstirnfläche zugeordnete Gegenflächen, in welche sich Oberflächenaufwerfungen der Flanschstirnflächen eingraben können.
Es empfiehlt sich somit die Stirnflächen beider Flansche mit Oberflächenaufwerfungen und die Zwischenlage mit einer Festigkeit auszustatten, die gewährleistet, daß beim Verspannen ein ungehindertes örtliches Fließen der Zwischen lage beim Verschrauben möglich ist und demgemäß bei Wirksam-werden von an den Flanschen in einander entgegengesetzten Richtungen wirkenden, relativ hohen Drehmomenten eine gegenseitige Verschiebung der Flansche nicht erfolgen kann.
Selbstverständlich kann die Zwischenlage auch ausschließlich zum Zwecke des verdrehsicheren Verspannens zwischen die Flansche eingebracht werden. In diesem Falle bedient sich die Erfindung eines zusätzlichen bauteils (Zwischenlage), das so ausgelegt werden kann, daß es lediglich einen geringen axialen Abstand der Flansche bewirkt.
Die Zwischenlage besteht vorteilhaft aus Stahlblech, dessen Druckfestigkeit kleiner ist als diejenige der Flansche. Dabei sind Anzahl und Ausbildung der Oberflächenaufwerfungen so auf die Zwischenlage abzustimmen, daß bei der vorgesehenen Mindestvorspannung der Flansche die Oberflächenaiifwerfungen voll in die Oberfläche der Zwischenlage eindringen9 so daß auch die ungeprägten Flanschereiche der Flanschstirnflächen spaltfrei und dichtend an der ZwischLage zur Anlage kommen und kein Vorspannungsabfall der Schraubverbindungen durch Materialfließen erfolgen kann.
Um die Dichtheit der Flanschverbindung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächenaufwerfungen an den Flanschstirnflächen in einem sich etwa vom Teilkreis der Flansehbohrungen bis zum Flanschaußenumfang erstreckenden Bereich vorgesehen sind und sic in Umfangsrichtung der Flansche im wesentlichen symmetrisch zu den Flanschbohrungen über einen Bereich erstrecken, der ungefähr den doppelten Durchmesser der Flanschbohrungen entspricht.
Es ist aber auch denkbar9 die Oberflächenaufwerfungen innerhalb des Teilkreises der Flanschbohrungen um diese herum anzuordnen.
Dabei ist ganz wesentlich, daß anstelle von Oberflächenaufwerfungen auch kreisförmige bzw. kreisringförmige Einprägungen vorgesehen sein können9 in die bei entsprechender Vorspannung der Flansche z.B. das Material der Zwischenlage } neinfließen kann. Diese Konstruktion ist der die erhabenen Oberflächenaufwerfungen aufweisenden Konstruktion gleichwertig.
Weitere Merkiale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anscllließenden Be schreibung eines in der Zeichnung gezeigten Aus fiihrungsbe 1 spieles einer erfindungsgemäßen Verbindullgsanordnunt, erläutert. In der Zeichnung zeigell: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, Figur 2 einen Teilschnitt entlang der Linie II-II der Figur 1, in größerem Maßstab als Figur 1, Figur 2 a einen Teilschnitt ähnlich Figur 2 durch eine Konstruktionsvariante einer Verbindungsanordnung gemäß Figur 1, Figur 3 eine Teilansicht einer lanschstirnfläche eines der miteinander zu verbindenden Flansche, Figur 4 eine Teilansicht der Flanschstirnfläche des anderen Flansches der beiden miteinander zu verbindenden Flansche.
Bei der in Figur 1 gezeigten Verbindungsanordnung ist der eine, mit 10 bezeichnete Ringflansch durch das Randstück eines mit einer Anschlußwelle 12 einstückigen Flanschgehäuses 14 gebildet. Anschlußwelle mit Flanschgehäuse sind Bestandteil eines als Ganzes mit 16 bezeichneten, an sich bekannten Gleichlaufgelenks, mit dessen Hilfe beispielsweise eine zu einem Rad eines Kraftfahrzeuges führende Antriebswelle 18 durch die Anschlußwelle 12 antreibbar ist.
In diesem Falle bildet ein äußerer Gelenkring 20 dieses Gleichlaufgelenkes den anderen, mit dem Ringflansch 10 zu verbindenden Ringflansch, wozu dieser, wie aus Figur 1 und 4 ersichtlich ist, von achsparallelen Flanschbohrungen 22 durchdrungen ist. Diesen sind im Ringflansch 10 koaxiale Gewindebohrungen 24 zugeordnet, in welche in die Flanschbohrungen 22 eingebrachte Befestigungsschrauben 26 einschraubbar sind. Es ist klar, daß auf den Gewindeschaft der Befestigungsschrauben auch Gewindemuttern aufschraubbar sein könnten, wozu allerdings am Ringflansch 10 in radialer Richtung mehr Freiraum vorhanden sein müßte.
Um die beiden Flansche 10, 20 mit Hilfe der Befestigungsschrauben 26, deren Schaft mit relativ großem radialem Spiel in den Flanschbohrungen 22 angeordnet ist, verdrehsicher zu verspannen, ist deren Flanschstirnfläche lOi bzw. 20 an ihrer Oberfläche so verändert, daß im Zusammenwirken mit einer zwischen die beiden Flanschstirnflächen eingebrachten Zwischenlage 28 eine formschlüssige Verbindung der beiden Flansche zustande kommt, Zu diesem Zweck weisen die einander zugekehrten Flanschstirnflächen 10¢, 20' im Bereich der Flanschbohrungen 22 insbesondere einander paarweise zugeordnete Oberflächenaufwerfungen 30 auf, die durch entsprechende, einen V-förmigen Querschnitt aufweisende, in die Flanschstirnflächen eingebrachte Einprägungen 32 gebildet sind.
Die Einprägungen 32 sind also meißelschlagförmig und erstrecken sich, was aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, senkrecht zur möglichen Verschieberichtung der beiden Flansche bzw. zur Flanschachse radial. Die Bereiche, in welchen sich die Oberflächenaufwerfungen 30 befinden, erstrecken sich in Umfangsrichtung der Flanschs symmetrisch zu den Flanschbohrungen über eine Fläche, die vorzugsweise dem doppelten Durchmesser der Flanschbohrungen entspricht, Bevorzugt wird jedoch ein Bereich, der ungefähr dem doppelten Durchmesser des Schraubenkopfes der Befestigungsschrauben entspricht, in welchem Bereich die Spannkräfte optimal wirksam sind.
Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, erstrecken sich außerdem die Oberflächenaufwerfungen bzw. die sie bildenden Einprägungen 32 in etwa vom Teilkreis der Flanschbohrungen 20 bzw. der Gewindebohrungen 24 bis zum Flanschaußenumgang.Dadurch wird eine besonders wirksame Dichtheit zwischen den Flanschen und der Zwischenlage 28 innerhalb der Teilkreisringfläche erzielt.
Die erfindungsgemäß zwischen den beiden Flanshen 10, 20 vorgesehene Zwischenlage 28 besteht aus Blech, dessen Druckfestigkeit-geringer ist als diejenige der beiden Flansche.
Sie kann einen Kreisring bilden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die Zwischenlage mit Bezug auf das Gleichlaufgelenk besondere Abdichtfunktionen und ist deshalb als Abdichtkappe 28 gestaltet, die sich in das Flanschgehäuse 14 hinein erstreckt. Die Zwischenlage 28 wird somit durch ein flanschartig ausgebildetes Randstück dieser Abdichtkappe gebildet, das mit einem Teilstück in Achsrichtung umgebördelt ist und am Außenumfang des einen Flansch bildenden Gelenkringes 20 anliegt.
Dieses Kappenrandstück ist mit koaxial zu den Flanswshbohrungen 22 und Gewindebohrungen 24 angeordneten Bohrungen für den Durchtritt der Befestigungsschrauben 26 ausgestattet.
33 bezeichnet noch einen aus Blech geformten Haltekragen, der ebenfalls am Gelenkring 20 mittels eines Befestigungsringes 34 gehalten ist, und an welchem eine das Gleichlaufgelenk an der der Abdichtkappe 28r gegenüberliegenden Seite gegenüber der Atmosphäre verschlossen haltende Manschette 36 befestigt ist.
Beim Zusammenspannen der beiden Flansche 10, 20 vermögen die Oberflächenaufwerfungen 30 an deren Flanschstirnflächen 101, 20 sich in die Stirnflächen der Zwischenlage bzw. des Rand- stückes 28 der Abdichtkappe 28" einzugraben, weil deren Druckfestigkeit höher ist als diejenige des Teiles 28. Dabei kann das zur Verdrängung kommende Material auch in die meißelschlagartigen Einprägungen 32 fließen, so daß sich zwischen den Flanschen und der Zwischenlage 28 eine formschlüssige Verhakung ergibt, die eine absolut zuverlässige Verdrehsicherung schafft und demgemäß auch an den Flanschen wirksam werdende hohe wechselseitige Drehmomente nicht in der Lage sind, die beiden Flansche relativ zueinander zu verdrehen. Bei einer Ausbildung der Zwischenlage als Abdichtkappe 28' bzw. als Deckel kann es für die erforderliche Dichtfunktion ausreichen, wenn die Einprägungen 32 nur in den schmiermittelseitigen Flansch eingebracht werden.
Figur 2 zeigt, daß die meißelschlagartigen Einprägungen 32 an beiden Flanschstirnflächen derart versetzt zueinander angebracht sind, daß sie auf Lücke liegen. Es kommt dadurch ein besonders wirksamer Verzahnungseffekt zustande, der ein ungehindertes örtliches Fließen des die Zwischenlage bildenden Bleches bei dem Verschrauben der Flansche ermöglicht.
Die meißelschlagartigen Einprägungen sind im Querschnitt spitzwinklig, wobei der Winkel zwischen 350 bis 550, vorzugsweise 450, betragen kann Die Tiefe der Einprägungen ist vorzugsweise 0,4 mm, wobei dann Oberflächenaufwerfungen in einer Höhe von ca. 0,1 mm entstehen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 a sind z.B. am Ringflansch 10 anstelle der durch Einprägungen 32 gebildeten Oberflächenaufwerfungen 30 Bearbeitungsriefen 40 vorzugsweise gleichmäßiger Tiefe vorgesehen, die eine Oberflächenrauhigkeit schaffen, durch welche sich gleichfalls ein Verzahnungseffekt mit der Zwischenlage 28 erzielen läßt.
Die in der Zeichnung gezeigte Verbindungsanordnung unter Einbeziehung eines Gleichlaufgelenkes stellt eine besondere Anwendung der erfindungsgemäßen Flanschverbindung dar, die für sich als schutzwürdig betrachtet wird.

Claims

Patentansprüche 1. Verbindungsanordnung zum verdrehsicheren Verspannen von mit ihren Stirnflächen einander zugekehrten Flanschen mittels in Flanschbohrungen angeordneten Schraubverbindungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß an der Stirnfläche wenigstens eines Flansches (10 oder 20) mindestens bereichsweise Obcrfl ä chenaufwerfungen (30) vorgesehen sind, die beim gegenseitigen Verspannen beider Flansche (10, 20) in eine Gegenfläche eindrückbar sind.
2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfläche die Stirnfläche des anderen Flansches ist.
3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (10' oder 20') wenigstens eines Flansches (10 oder 20) zumindest in jenen von Oberflächenaufwerfungen (30) freien Bereichen, welche mit Oberflächenaufwerfungen (30) ausgestattetenEereichen der anderen Flanschstirnfläche gegenüberliegen, eine gegenüber den anderen Fleichenbereichen verringerte Druckfestiglceit aufweist.
4. Verbindungsanordnung naci Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Oberflächenaufwerfungen (30) im Bereich zumindestt eines Teils der die Schraubverbindungen aufnehmenden Flansclibofirungen (22; 214) angeordnet sind.
5. Verbindunganordnung v e rb ind ungano rdnung; nach einen der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oberflächenaufwerfungen (30) durch insbesondere meißelschlagförmige Einprägungen (32) gebildet sind, die senkrecht zur Verschieberichtung der Flansche (10, 20) verlaufen.
6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die im Querschnitt V-förmige Nuten bildenden meißelschlagförmigen Einprägungen (32) an beiden Flanschstirnflächen (10' , 20'> in Umfangsrichtung zueinander versetzt vorgesehen sind.
7. Verbindungsanordnung nach einen der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Oberflächenauf werfungen (30) in Umfangsrichtung der Flansche (10, 20) sich im wesentlichen symmetrisch zu den Flanschbohrungen (22, 24) über einen Bereich erstrecken, der mindestens dem doppelten Durchmesser der Flanschbohrungen (22, 24) entspricht.
8. Vcrbindungsanordllung nach einen der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h h n e t , daß die Oberflächenaufwerfungen (30) an den Flanschstirn- flächen (10', 20') in einem sich etwa vom Teilkreis der Flanschbohrungen (22, 24) bis zum Flanschaußenumfang erstreckenden Bereich vorgesehen sind.
9. Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1, 3 bis 8, insbesondere zum Verbinden des zugleich einen Flansch bildenden Gelenkringes eines auf einer Welle sitzenden Gleichlaufgelenks mit einer weiteren Welle eines Kraftfahrzeug-Triebstranges, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Gegenfläche durch eine zwischen die Flanschstirnflächen (10', 20') einspannbare Zwischenlage (28) gebildet ist.
10. Verbindungsanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Zwischenlage (28) aus Blech besteht, dessen Druckfestigkeit kleiner als diejenige der Flansche (10, 20) ist.
11. Verbindungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 2 daß die eine Flanschstirnfläche ganzflächig aufgerauht (Riefen 40) ist.