DE4116841A1

DE4116841A1 - Gelenkverbindung zwischen antriebskegelrad und gelenkwelle von angetriebenen kraftfahrzeug-hinterachsen

Info

Publication number: DE4116841A1
Application number: DE4116841A
Authority: DE
Inventors: Klaus Sehrt; Reinhard Nicklas
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1992-11-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkverbindung zwischen Antriebskegelrad und Gelenkwelle von angetriebenen Kraftfahrzeug- Hinterachsen mittels eines homokinetischen Gelenks, wobei das die Gelenkwelle aufnehmende homokinetische Gelenk an einem mit dem Antriebskegelrad drehfest und axial unverschiebbar verbundenen Flansch befestigt ist.

Der Einsatz eines homokinetischen Gelenks zur Verbindung von Antriebskegelrad und Gelenkwelle hat den Vorteil, daß vergleichs weise große Beugewinkel und Schiebewege zwischen den beiden Wellenteilen realisierbar sind, was bei der ebenfalls häufig praktizierten Verwendung von Gelenkscheiben (anstelle von homokinetischen Gelenken) nicht möglich ist. Homokinetische Gelenke sorgen damit für ein erschütterungsfreies Anfahren des Fahrzeugs, auch unter erschwerten Fahrbedingungen (z. B. An fahren an einer Bergstrecke mit hoher Zulast). Die beim Einsatz von Gelenkscheiben auftretenden Nachteile - große Längsbe wegungen des Fahrschemels, verbunden mit starken Verformungen des Mittellagers der betreffenden Krartfahrzeug-Gelenkwelle - werden durch die Verwendung homokinetischer Gelenke vermieden.

Es ist des weiteren bekannt, zum Befestigen des homokinetischen Gelenks an der (angetriebenen) Hinterachse von Kraftfahrzeugen einen einfachen Stahlflansch zu verwenden. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß derart konzipierte Hinterachsen unangenehme Geräuschentwicklungen (sogenanntes Hinterachs heulen) verstärken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vornehmlich für angetrie bene Hinterachsen von Kraftfahrzeugen geeignete Gelenkver bindung zu schaffen, welche die Vorteile einer Gelenkscheibe (gute Isolierung und dadurch Laufruhe des Antriebsstranges) mit denen eines homokinetischen Gelenks (große Beugewinkel von 10° und große Schiebewege von über 10 mm) kombiniert, dabei aber die den Einzelkonzeptionen eigenen Unzulänglich keiten (siehe oben) vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Gelenkverbin dung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, das der Flansch aus einem ersten Flanschteil und einem zweiten Flansch teil besteht, wobei das erste Flanschteil des Antriebskegelrades und das zweite Flanschteil dem homokinetischen Gelenk und damit der Gelenkwelle zugeordnet ist, und daß die beiden Flanschteile unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Ver bindungselemente aus einem elastischen Material miteinander verbunden sind.

Zwar ist durch die DE-OS 37 09 768 eine winkelbewegliche Wellen kupplung mit einer an dem einen Wellenende angeordneten Kupplungsglocke, die das andere Wellenende in radialem Abstand axial wenigstens teilweise übergreift, bekannt geworden, wobei der so gebildete Spalt durch ein radial innen- und außenseitig unverdrehbar festgelegtes homokinetisches Gelenk überbrückt ist. Hierbei liegt das homokinetische Gelenk aufienseitig an einer Stützhülse aus metallischem Werkstoff an, und die Stütz hülse und die Kupplungsglocke sind durch wenigstens eine Dämpfungsschicht aus Gummi relativ beweglich verbunden. Es handelt sich hierbei aber um einen Vorderachsantrieb, bei dem die der vorliegenden Anmeldung zugrundeliegenden Probleme (Verformung des Mittellagers der Gelenkwelle) nicht auftreten. Im Gegensatz zu dem aus DE-OS 37 09 768 bekannten Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Gelenkverbindung am Fahr schemel angebracht. Sie wirkt auf das Achsdifferential und nicht - wie bei DE-OS 37 09 768 - auf die Antriebsachswellen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das als solches bekannte homokinetische Gelenk an einem Spezialflansch befestigt, der die Funktion der als solche bekannten Gelenkscheibe übernimmt. Hierdurch wird der Bauaufwand (gegenüber einer denkbaren reinen Addition eines bekannten homokinetischen Gelenks mit einer bekannten Gelenkscheibe) erheblich verringert. Trotzdem kommen die Vorteile der beiden bekannten Gelenkverbindungen (siehe oben) voll zum Tragen, und gleichzeitig werden deren Unzuläng lichkeiten (siehe oben) vermieden.

Nach einer funktionstechnisch und hinsichtlich geringen Bau aufwands und -raumes sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Flansch einen mit dem homokinetischen Gelenk verbundenen Innenring als zweites Flansch teil und einen diesen konzentrisch mit radialem Abstand um schließenden Außenring als erstes Flanschteil aufweist, der an dem Antriebskegelrad angreift, und daß in einem sich hierdurch er gebenden Ringspalt zwischen Innenring und Außenring eine die beiden Flanschteile verbindende Zwischenschicht aus einem elastischen Material angeordnet ist. Durch die etwa ringförmig/ zylindrische elastische Zwischenschicht wird eine sichere und dauerhafte Kraftübertragung gewährleistet.

Zweckmäßigerweise sind Innenring und Außenring des Flansches etwa topfförmig ausgebildet, und das homokinetische Gelenk ist mit dem Boden des Innenringes verschraubt. Diese Konzeption er möglicht ein "Ineinanderschachteln" der beiden Flanschteile und des homokinetischen Gelenks, was eine sehr raumsparende Kon struktion des Gesamtgelenks bedeutet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Außenring eine Innenverzahnung und der Innenring eine Außenver zahnung aufweisen, wobei die Zähne der Außenverzahnung in Um fangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung angeordnet sein sollten. Vorzugsweise ist hier bei der Außendurchmesser der Außenverzahnung am zweiten Flansch teil kleiner als der Außendurchmesser der Innenverzahnung am ersten Flanschteil.

Ein solches Verzahnungssystem gewährleistet nicht nur eine sichere Kraftübertragung, sondern verhindert darüber hinaus - auch bei langer Betriebsdauer und hoher kräftemäßiger Bean spruchung - ein Abreißen der elastischen Zwischenschicht an den Verbindungsstellen.

Nach einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung weist das erste Flanschteil mehrere in gleichmäßigen Winkel abständen zueinander angeordnete Axialbohrungen und das zweite Flanschteil mehrere den Axialbohrungen zugeordnete und in diese konzentrisch eingreifende zylindrische Fortsätze auf, und die ringförmigen Zwischenräume zwischen den zylindrischen Fortsätzen und den Innenwandungen der Axialbohrungen sind mit elastischem Material ausgefüllt. Im Sinne einer raumsparenden Konzeption des Gesamtgelenks wird in Weiterbildung des vor stehenden Gedankens vorgeschlagen, daß die zylindrischen Fort sätze durchgehende Gewindebohrungen zur Verschraubung des zweiten Flanschteils mit dem homokinetischen Gelenk aufweisen.

Eine dritte mögliche Variante der Erfindung schließlich sieht vor, daß das zweite Flanschteil im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und von Randsegmenten des ersten Flanschteils am überwiegenden Teil seines Umfangs mit radialem Abstand über griffen wird und daß zwischen den übergriffenen Abschnitten des scheibenförmigen zweiten Flanschteils und den übergreifenden Randsegmenten des ersten Flanschteils eine im wesentlichen ringförmige Schicht aus elastischem Material angeordnet ist. Diese Ausführungsform eröffnet besonders vorteilhafte Möglich keiten der Übertragung starker Drehmomente.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungs form zeichnet sich dadurch aus, daß am Außenumfang des zweiten Flanschteils mehrere radiale in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Fortsätze angeordnet sind, die zwischen je zwei benachbarte Randsegmente des ersten Flanschteils greifen, derart, daß zwischen jedem Fortsatz und den umgebenden Partien des ersten Flanschteils ein U-förmiger Zwischenraum entsteht, und daß die U-förmigen Zwischenräume mit elastischem Material ausgefüllt sind. Vorzugsweise ist die im wesentlichen ring förmige Schicht aus elastischem Material mit den U-förmigen Material schichten einstückig verbunden.

Was nun Art, Form und Shorehärte des bei der praktischen Ver wirklichung der Erfindung zum Einsatz kommenden elastischen Materials anbelangt, so wird es zweckmäßig sein, diese Parameter anhand von Versuchen für den jeweiligen Einzelfall zu optimie ren. Sie hängen hierbei von verschiedenen Faktoren ab, insbe sondere von Drehzahl, Drehmoment und Gewicht des Fahrzeugs. In jedem Fall wird als elastisches Material die Verwendung einer geeigneten Gummimischung zu empfehlen sein.

Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht, die nachstehend beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 - in Längsschnittdarstellung - eine Ausführungs form eines Gelenkwellenanschlusses an eine Kraft fahrzeug-Hinterachse,

Fig. 2 den Verbindungsflansch aus Fig. 2 in Separatdar stellung,

Fig. 3 den Flansch nach Fig. 2 in Richtung "X" betrachtet,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Flansches zur Verbindung von Gelenkwelle und Antriebskegelrad für eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, in Schnittdar stellung entsprechend Fig. 2,

Fig. 5 den Gegenstand von Fig. 4, in Ansicht entsprechend Fig. 3,

Fig. 6 eine weitere Variante eines Flansches zur Verbin dung von Gelenkwelle und Antriebskegelrad für eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, in Ansicht entsprechend Fig. 3 und 5 (Blickrichtung "X" in Fig. 7),

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 6, und

Fig. 9 den Gegenstand von Fig. 7, in Draufsicht betrachtet (Pfeilrichtung "Y").

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt eine als Antriebsachse konzipierte Hinterachse eines Kraftfahrzeuges bezeichnet. Es kann sich hier bei um eine übliche Hinterachskonstruktion handeln, so daß sich eine vollständige Darstellung und Beschreibung der betref fenden Hinterachse erübrigt. Innerhalb eines mit 11 bezifferten Achsgehäuses ist ein Antriebskegelrad 12 mittels eines Kegel rollenlagers 13 gelagert. Die Antriebswelle 12 ist mit einer Keilverzahnung 14 versehen, auf der ein eine entsprechende Innenverzahnung 15 aufweisender, insgesamt mit 16 bezeichneter Flansch drehfest angeordnet ist. An seinem freien Ende besitzt das Antriebskegelrad 12 ein Gewinde 17, auf das eine den Flansch 16 in Axialrichtung fixierende Mutter 18 aufgeschraubt ist.

Der Flansch 16 hat - im Zusammenwirken mit weiteren, unten noch näher erläuterten Teilen - die Funktion, das Antriebskegelrad 12 mit einer insgesamt mit 19 bezeichneten Gelenkwelle drehfest zu verbinden, die zu dem jeweiligen angetriebenen Rad (nicht gezeigt) des betreffenden Fahrzeugs führt.

Wie insbesondere Fig. 2 und 3 erkennen lassen, ist zu diesem Zweck der Flansch 16 zweiteilig ausgebildet. Er besteht aus einem dem Antriebskegelrad 12 zugeordneten ersten Flanschteil 20 und einem der Gelenkwelle 19 zugeordneten zweiten Flanschteil 21. Fig. 2 und 3 machen des weiteren deutlich, daß das zweite Flanschteil 21 als Innenring ausgebildet ist, der von dem als Außenring gestalteten ersten Flanschteil 20 mit radialem Ab stand konzentrisch umschlossen wird. Beide Flanschteile 20 und 21 sind hierbei, wie insbesondere Fig. 2 zeigt, etwa topfförmig ausgebildet. In einem sich zwischen den beiden flanschteilen 20 und 21 ergebenden Ringspalt 22 ist eine die beiden Flansch teile 20, 21 verbindende Zwischenschicht 23 aus einem elastischen Material, vorzugsweise Gummi, angeordnet.

Die Verbindung des zweiten Flanschteils 21 mit der Gelenkwelle 19 erfolgt über ein insgesamt mit 24 beziffertes homokinetisches Gelenk. Derartige homokinetische Gelenke sind in ihrem Aufbau und ihrer Funktion bekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung des Gelenks 24 im vorliegenden Fall erübrigt. Das homokinetische Gelenk 24 weist an seinem Umfang mehrere, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete Bohrungen 25 auf, die jeweils von einer Befestigungsschraube 26 durchsetzt sind. Den Bohrungen 25 im homokinetischen Gelenk 24 sind Gewindebohrun gen 27 im zweiten Flanschteil 21 zugeordnet. Die Befestigungs schrauben 26 besitzen an ihrem freien Ende einen Gewindezapfen 28, mittels dessen sie in die Gewindebohrungen 27 des zweiten Flanschteils 21 eingeschraubt sind. Hierdurch ist eine dreh feste und axial unverschiebliche Fixierung des homokinetischen Gelenks 24 und damit der Gelenkwelle 19 gegenüber dem zweiten Flanschteil 21 gewährleistet.

Aus der aus Fig. 1 ersichtlichen und im vorstehenden beschrie benen Konstruktion ergibt sich, daß das Drehmoment von der Gelenk welle 19 auf das Antriebskegelrad 12 von der zwischen den beiden Flanschteilen 20, 21 angeordneten ringförmigen elastischen Zwischenschicht 23 übertragen werden muß. Diese wichtige Funk tion wird durch aus Fig. 3 erkennbare spezielle Maßnahmen optimiert. Der Außenring des ersten Flanschteils 20 weist nämlich zu diesem Zweck eine Innenverzahnung 29 auf, und am Innen ring des zweiten Flanschteils 21 ist eine entsprechende Außen verzahnung 30 ausgebildet. Hierbei ragen die Zähne der Außen verzahnung 30 jeweils mittig zwischen zwei benachbarte Zähne der Innenverzahnung 29 (siehe Fig. 3). Zugleich sind die Ver zahnungen 29, 30 so dimensioniert, daß der Außendurchmesser D_A der Außenverzahnung 30 am zweiten Flanschteil 21 kleiner ist als der Außendurchmesser D_I der Innenverzahnung 29 am ersten Flanschteil 20. Auf diese Weise bleibt eine ausreichende Dicke der ringförmigen Gummi-Zwischenschicht 23 gewährleistet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 ist der Flansch insgesamt mit 16a bezeichnet. Die beiden einzelnen Flanschteile tragen die Bezugszeichen 20a und 21a. Die Besonderheit bei dieser Ausführungsform besteht darin, daß das erste Flansch teil 20a mehrere in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Axialbohrungen 31 aufweist, denen am zweiten Flanschteil 21a mehrere in die Axialbohrungen 31 konzentrisch eingreifende zylindrische Fortsätze 32 zugeordnet sind. Hier durch ergeben sich zwischen den zylindrischen Fortsetzungen 32 und den Innenwandungen der Axialbohrungen 31 ringförmige Zwischenräume, die mit elastischem Material 33, vorzugsweise Gummi, ausgefüllt sind. Die zylindrischen Fortsätze 32 weisen durchgehende Gewindebohrungen 34 auf, die zur Verschraubung des zweiten Flanschteils 21a und damit des gesamten Flansches 16a mit einem homokinetischen Gelenk, z. B. der in Fig. 1 gezeigten Art, dienen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6-9 ist der Flansch insge samt mit 16b bezeichnet. Entsprechend den übrigen im vor stehenden beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 1-3 bzw. nach Fig. 4 und 5 ist ein erstes Flanschteil mit 20b und ein zweites Flanschteil mit 21b beziffert. Wie insbesondere Fig. 8 zeigt, ist das zweite Flanschteil 21b im wesentlichen scheiben förmig ausgebildet. Am überwiegenden Teil seines Umfangs wird es von Randsegmenten 35 des ersten Flanschteils 20b mit radialem Abstand übergriffen (siehe insbesondere Fig. 6). Zwischen den übergriffenen Abschnitten des scheibenförmigen zweiten Flansch teils 21b und den übergreifenden Randsegmenten 35 des ersten Flanschteils 20b ist eine im wesentlichen ringförmige Schicht 36 aus elastischem Material, vorzugsweise Gummi, angeordnet. Diese ist jedoch, wie Fig. 6 erkennen läßt, in Umfangsrichtung nicht durchgehend ausgebildet, sondern wird von radialen Fortsätzen 37 unterbrochen, die einstückig an das zweite Flanschteil 21b angeformt und in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander ange ordnet sind. Die Fortsätze 37 greifen zwischen je zwei benach barte Randsegmente 35 des ersten Flanschteils 20b ein (siehe insbesondere Fig. 6). Wie insbesondere aus Fig. 6 und 9 ersicht lich ist, ergibt sich hierdurch zwischen jedem Fortsatz 37 und den umgebenden Partien des ersten Flanschteils 20b ein U-förmiger Zwischenraum 38, der mit elastischem Material 39, vorzugs weise Gummi, ausgefüllt ist. Fig. 6 macht weiterhin deutlich, daß die im wesentlichen ringförmige Schicht 36 aus elastischem Material mit den U-förmigen elastischen Materialschichten 39 einstückig verbunden ist. Auf diese Weise ist die Übertragung hoher Drehmomente zwischen den beiden Flanschteilen 20b und 21b bei zugleich ausreichender Elastizität zwischen diesen beiden Teilen gewährleistet.

Zur Befestigung eines homokinetischen Gelenks an dem Flansch teil 21b sind - ähnlich wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1-3 bzw. 4 und 5 - mehrere in gleichmäßigen Winkelab ständen zueinander angeordnete Gewindebohrungen vorgesehen, die bei der Ausführungsform nach Fig. 6-9 mit 40 beziffert sind.

Claims

1. Gelenkverbindung zwischen Antriebskegelrad und Gelenkwelle von angetriebenen Kraftfahrzeug-Hinterachsen mittels eines homokinetischen Gelenks, wobei das die Gelenkwelle aufnehmende homokinetische Gelenk an einem mit dem Antriebs kegelrad drehfest und axial unverschiebbar verbundenen Flansch befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (16, 16a, 16b) aus einem ersten Flanschteil (20, 20a, 20b) und einem zweiten Flanschteil (21, 21a, 21b) besteht, wobei das erste Flanschteil des Antriebskegelrades (12) und das zweite Flansch teil dem homokinetischen Gelenk (24) und damit der Gelenk welle (19) zugeordnet ist, und daß die beiden Flanschteile (20, 20a, 20b; 21, 21a, 21b) unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Verbindungselemente (23, 33, 36, 39) aus einem elastischen Material miteinander verbunden sind.

2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (16) einen mit dem homokinetischen Gelenk (24) verbundenen Innenring (21) als zweites Flanschteil und einen diesen konzentrisch mit radialem Abstand umschließenden Außenring (20) als erstes Flanschteil aufweist, der an der Antriebswelle (12) angreift, und daß in einem sich hierdurch ergebenen Ringspalt (22) zwischen Innenring (21) und Außenring (20) eine die beiden Flanschteile (20, 21) verbindende Zwischenschicht (23) aus einem elastischen Material angeordnet ist (Fig. 1-3).

3. Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innenring (21) und Außenring (20) des Flansches (16) etwa topfförmig ausgebildet sind und daß das homokinetische Gelenk (24) mit dem Boden des Innenringes (21) verschraubt ist (26-28).

4. Gelenkverbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (20) eine Innen verzahnung (29) und der Innenring (21) eine Außenverzahnung (30) aufweist und daß die Zähne der Außenverzahnung (30) in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung (29) angeordnet sind.

5. Gelenkverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D_A) der Außenverzahnung (30) am zweiten Flanschteil (21) kleiner ist als der Außendurchmesser (D_I) der Innenverzahnung (29) am ersten Flanschteil (20).

6. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flanschteil (20a) mehrere in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander ange ordnete Axialbohrungen (31) und das zweite Flanschteil (21a) mehrere den Axialbohrungen (31) zugeordnete und in diese konzentrisch eingreifende zylindrische Fortsätze (32) auf weist und daß die ringförmigen Zwischenräume zwischen den zylindrischen Fortsätzen (32) und den Wandungen der Axial bohrungen (31) mit elastischem Material (33) ausgefüllt sind (Fig. 4 und 5).

7. Gelenkverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Fortsätze (32) durchgehende Gewindebohrungen (34) zur Verschraubung des zweiten Flanschteils (21a) mit dem homokinetischen Gelenk (24) aufweisen.

8. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flanschteil (21b) im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und von Randsegmenten (35) des ersten Flanschteils (20b) am über wiegenden Teil seines Umfangs mit radialem Abstand über griffen wird und daß zwischen den übergriffenen Abschnitten des scheibenförmigen zweiten Flanschteils (21b) und den übergreifenden Randsegmenten (35) des ersten Flanschteils (20b) eine im wesentlichen ringförmige Schicht (36) aus elastischem Material angeordnet ist (Fig. 6-9).

9. Gelenkverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des zweiten Flanschteils (21b) mehrere radiale, in gleichmäßigen Winkel abständen zueinander angeordnete Fortsätze (37) ausgebildet sind, die zwischen je zwei benachbarte Randsegmente (35) des ersten Flanschteils (20b) greifen, derart, daß zwischen jedem Fortsatz (37) und den umgebenden Partien (35) des ersten Flanschteils (20b) ein U-förmiger Zwischenraum (38) entsteht, und daß die U-förmigen Zwischenräume (38) mit elastischem Material (39) ausgefüllt sind.

10. Gelenkverbindung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen ringförmige Schicht (36) aus elastischem Material mit den U-förmigen elastischen Materialschichten (39) einstückig verbunden ist.

11. Gelenkverbindung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches Material (23, 33, 36, 39) eine Gummimischung dient.