Die Erfindung betrifft eine Welle der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
Biegsame Wellen müssen an ihrem antrieb- oder abtriebseitigen Ende gekuppelt werden. Es kann dabei eine feste, z.B. verschraubte oder geklemmte Kupplung vorgesehen sein. In der überwiegenden Zahl der Anwendungen ist jedoch eine steckbare Mehrkantkupplung, üblicherweise eine Vierkantkupplung vorgesehen, deren wellenseitiges Kupplungsstück den Endteil der Welle bildet und als Mehrkant, üblicherweise Vierkant, ausgebildet ist.
Dieser Mehrkant wird zur Herstellung der Kupplungsverbindung in einen Innenmehrkant des antrieb- oder abtriebseitig angeschlossenen Gerätes gesteckt. Dabei ist zumeist eine leichte Steckbarkeit erwünscht, sodass der wellenseitige Aussenmehrkant ein gewisses Untermass gegenüber seinem Gegenstück, dem Innenmehrkant, aufweisen muss. Im Betrieb kommt es dann bei Lastwechseln und Drehschwingungen zu Klappergeräuschen, die beim häufigsten Anwendungsfall in Personenkraftfahrzeugen unbedingt zu vermeiden sind.
Bei gattungsgemässen Wellen ist es daher bekannt, den Mehrkant mit einer elastischen Beschichtung zu versehen. Es sind dazu durch Tauchen aufgebrachte elastische Kunststoffbeschichtungen bekannt. Eine solche Welle ist aus DE 8 711 633 U1 bekannt, bei der die gesamte Welle einschliesslich des Mehrkant elastisch beschichtet ist.
Bei diesen bekannten Beschichtungen besteht jedoch der Nachteil, dass in Anpassung an das Spiel zwischen Aussenmehrkant und Innenmehrkant die Beschichtungsdicke sehr genau gewählt werden muss. Schon bei kleinen Abweichungen in dem Spiel zwischen Aussenmehrkant und Innenmehrkant oder bei der Beschichtungsdicke können Geräusche auftreten oder sitzt die Kupplung zu "stramm", sodass das Einstecken erschwert oder unmöglich gemacht wird.
Wenn in üblicher Weise der Innenmehrkant, in den der Mehrkant der Welle einzustecken ist, über seine axiale Länge konstanten Innenquerschnitt hat, so ergibt sich das Problem, dass bei Untermass des eingesteckten Mehrkants die Dicke der Beschichtung sehr genau eingestellt werden muss, damit kein zu grosses Spiel besteht. Andererseits muss aber die Beschichtung noch einigermassen leicht in den Innenmehrkant einschiebbar sein. Sind die Toleranzen zu eng bzw. ist die Beschichtung auf Grund von Fertigungsabweichungen zu dick, so ergeben sich zu hohe Einsteckkräfte, die über die Einstecklänge sogar noch anwachsen würden. Die Beschichtung müsste beim Einschieben komprimiert oder abgeschabt werden.
Aus US 1 421 623 ist eine Welle mit einem Mehrkant bekannt, der mit einer Umhüllung aus schmiedbarem Material ausgebildet ist.
Aus DE-PS 622 765 ist eine Welle mit einem starren Endstück bekannt, an dem ein in Achsrichtung nach beiden Seiten verjüngter Mehrkant sitzt, der auch bei Abwinklung Kupplungseingriff erlaubt.
Aus DE 4 011 545 A1 ist eine flexible Mehrkantwelle bekannt, die zur Schwingungsverhinderung als Hohlprofil ausgebildet und mit elastischer Beschichtung versehen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Welle der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei sicherer Vermeidung von Geräuschen auch bei grösseren Fertigungstoleranzen ein stets sicheres und leichtes Einstecken der Kupplung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemässen Konstruktion ist der Mehrkant von seinem freien Ende zur Welle hin verjüngt ausgebildet. Wird er in einen Innenmehrkant zur Kupplungsverbindung eingesteckt, wobei der Innenmehrkant in üblicher Ausbildung über seine Länge konstante Innenmasse aufweist, so ergibt sich zwischen dem wellenseitigen Aussenmehrkant und dem aufnahmeseitigen Innenmehrkant am freien Ende des Aussenmehrkantes ein geringeres Spiel und an dessen wellenseitigem Ende ein grösseres Spiel. Die Beschichtung wird nur am freien Ende des Mehrkants beim Einstecken komprimiert, also nur über einen gewissen Längenbereich, der vom Konusmass und der Dicke der Beschichtung abhängt. Es muss bei sehr enger Toleranz nicht, wie nach dem Stand der Technik, die beim Ein stecken störende Beschichtung über die gesamte Einstecklänge komprimiert bzw. abgeschabt werden.
Dadurch wird das Einstecken wesentlich erleichtert und es sind grössere Herstellungstoleranzen möglich. Klapperfreiheit wird jedoch über die gesamte Länge des Mehrkants gewährleistet, da dieser auch an seinem wellenseitigen Ende beschichtet ist. Bei Achsverkippung des Mehrkantes wird daher auch an seinem wellenseitigen Ende Berührung mit dem aufnehmenden Innenmehrkant durch die Beschichtung gedämpft.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die beiden berührungsempfindlichen Bereiche, nämlich der vordere Endbereich des Mehrkants und der hintere Endbereich des Mehrkants durch die Beschichtung gegen Klapperberührung geschützt sind. Im mittleren Bereich der Länge des Mehrkants kommen ohnehin Berührungen nicht vor. Da der mit einem umlaufenden Streifen beschichtete Bereich am freien Ende des Mehrkants nur als schmaler Streifen über eine geringe Länge des Mehrkants ausgebildet ist, ist dort die bei engen Toleranzen und dicker Beschichtung sich ergebende Einsteckkraft durch die Streifenbreite definiert begrenzt.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Wird die ohnehin erforderliche Beschichtung im Bereich des freien Endes des Mehrkants vollständig um das freie Ende herum ausgeführt, so kann die Beschichtung dem freien Ende zusätzliche Festigkeit geben, insbesondere gegen das Aufspringen der einzelnen Drähte, aus denen üblicherweise eine biegsame Welle gewickelt ist und die bei üblicher Ausbildung des Mehrkants durch Verpressen der Welle zwar normalerweise gut miteinander verpresst sind, bei Belastungen unter Umständen aber aufspringen können.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Vierkantkupplungsverbindung einer biegsamen Welle mit wellenseitigem Vierkant und zur Kupplung dienendem Innenvierkant und
Fig. 2 den wellenseitigen Vierkant gemäss Fig. 1 mit Beschichtung in einer Ausführungsvariante.
Fig. 1 zeigt eine biegsame Welle 1, die an ihrem Ende zu einem Vierkant 2 verpresst ist. Zur Herstellung einer Kupplungsverbindung wird der Vierkant 2, wie dargestellt, in einen Innenvierkant 3 gesteckt. Um ein leichtes Einstecken zu ermöglichen, weist, wie dargestellt, der Vierkant 2 ein gewisses Untermass gegenüber dem Innenvierkant 3 auf.
Der Vierkant 2 ist über den wesentlichen Teil seiner Länge mit einer umlaufenden Beschichtung 4 versehen, die aus elastischem Material besteht, z.B. einem volumenelastischen durch Tauchen, Aufsprühen oder Aufschmelzen aufbringbaren Kunststoffmaterial.
Der Innenvierkant 3 ist in üblicher Weise mit über seine axiale Länge konstantem Innenquerschnitt ausgebildet.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Vierkant 2 über seine Länge konisch ausgebildet, und zwar derart, dass er an seinem freien Ende dicker ist als an seinem an die Welle 1 anschliessenden Ende. Wie Fig. 1 zeigt, wird dabei auch bei erheblichem Übermass der Beschichtung 4 diese nur über den Teil T ihrer Länge komprimiert bzw. abgeschabt. Die resultierenden Einsteckkräfte sind also begrenzt.
In der Fig. 1 ist der Konuswinkel zur zeichnerischen Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel hat die Welle 1 einen Aussendurchmesser von 3,70 mm. Der Vierkant 2 hat einen Übereckdurchmesser in derselben Höhe, bei einer Dicke zwischen den Flächen von 3,00 mm an seinem Ende zur Welle 1 hin und einer Dicke von 3,15 mm an seinem freien Ende, bei einer Gesamtlänge des Vierkants 2 von 15 mm. Die Dicke der Beschichtung 4 kann dabei etwa 1 oder 2 Zehntelmillimeter betragen. Das Innenmass des Innenvierkants 3 von Fläche zu Fläche kann dabei im Bereich der Dicke des freien Endes des Vierkants 2 liegen mit einem Übermass im Bereich von etwa 1 Zehntelmillimeter.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Welle 1 und der Vierkant 2 mit der Ausführungsform der Fig. 1 übereinstimmen. Die Beschichtung ist jedoch anders ausgeführt, und zwar in Form zweier Streifen 4 min und 4 min min im Bereich des wellenseitigen Endes des Vierkants 2 und im Bereich seines freien Endes. Die Streifen 4 min und 4 min min lassen zwischen sich einen grösseren Teil der axialen Länge des Vierkants 2 frei.
Wird der in Fig. 2 dargestellte Vierkant in den Innenvierkant gemäss Fig. 2 eingesteckt, so erkennt man, dass die beim Einstecken kritische starke Reibung im Wesentlichen nur durch den Beschichtungsstreifen 4 min min bewirkt wird, der in seiner Streifenbreite etwa auf den in Fig. 1 dargestellten Längenbereich T begrenzt ist. Bei Verkippung der Welle gegenüber dem Innenvierkant 3 ergibt sich aber auch am wellenseitigen Ende des Vierkants 2, also im Bereich des Beschichtungsstreifens 4 min , eine klapperfreie Lagerung.
Die biegsame Welle 1 besteht üblicherweise aus mehreren schraubenförmig gewickelten Drahtlagen. Der Vierkant 2 wird üblicherweise aus dem Material der Welle 1 durch Vierkantverpressung hergestellt. Dabei werden die einzelnen Drähte eng verpresst bzw. kalt verschweisst. An der freien Stirnfläche des Vierkants 2 liegen verpresste Drahtenden.
Um dies Aufspringen der Drahtenden am freien Ende des Vierkants 2 zu vermeiden, kann, wie in Fig. 2 dargestellt, der Beschichtungsstreifen 4 min min um das freie Ende des Vierkants 2 vollständig herumlaufend ausgebildet sein, wie in Fig. 2 mit der gestrichelten Linie 5 dargestellt. Durch die Beschichtung werden die gegebenenfalls aufspringenden Drahtenden zusammengehalten. Eine entsprechende Ausbildung kann auch bei der Ausführungsform der Fig. 1 vorgesehen sein, bei der die Beschichtung 4 um das freie Ende des Vierkants 2 herum verlaufend ausgebildet sein kann.
The invention relates to a shaft of the type mentioned in the preamble of claim 1.
Flexible shafts must be coupled at their drive or driven end. A fixed, e.g. screwed or clamped coupling can be provided. In the majority of applications, however, a plug-in polygonal coupling, usually a square coupling, is provided, the coupling piece on the shaft side of which forms the end part of the shaft and is designed as a polygon, usually square.
This polygon is inserted into an internal polygon of the device connected on the drive or output side to produce the coupling connection. In this case, an easy plug-in is usually desired, so that the outer polygon on the shaft side must have a certain undersize compared to its counterpart, the inner polygon. In operation, there are rattling noises during load changes and torsional vibrations, which must be avoided in the most common application in passenger vehicles.
In the case of generic shafts it is therefore known to provide the polygon with an elastic coating. For this purpose, elastic plastic coatings applied by dipping are known. Such a shaft is known from DE 8 711 633 U1, in which the entire shaft including the polygon is elastically coated.
With these known coatings, however, there is the disadvantage that the coating thickness must be selected very precisely in order to adapt to the play between the external polygon and the internal polygon. Even with small deviations in the play between the outer polygon and the inner polygon or in the coating thickness, noises can occur or the coupling is too tight, making it difficult or impossible to insert.
If, in the usual way, the inner polygon into which the polygon of the shaft is to be inserted has a constant internal cross section over its axial length, the problem arises that the undersize of the inserted polygon requires the thickness of the coating to be set very precisely, so that it is not too large Game exists. On the other hand, however, the coating must still be able to be inserted somewhat easily into the polygon. If the tolerances are too narrow or if the coating is too thick due to manufacturing deviations, the insertion forces are too high, which would even increase over the insertion length. The coating would have to be compressed or scraped off when inserted.
From US 1 421 623 a shaft with a polygon is known, which is formed with a covering made of forgeable material.
From DE-PS 622 765 a shaft with a rigid end piece is known, on which a polygon tapered in the axial direction is seated, which allows coupling engagement even when bent.
DE 4 011 545 A1 discloses a flexible polygonal shaft which is designed as a hollow profile to prevent vibration and is provided with an elastic coating.
The object of the present invention is to provide a shaft of the type mentioned at the outset which, with reliable avoidance of noises, even with greater manufacturing tolerances, enables the coupling to be inserted always safely and easily.
This object is achieved according to the invention with the features of claim 1.
In the construction according to the invention, the polygon is tapered from its free end to the shaft. If it is inserted into a polygonal socket for coupling connection, the polygonal socket having a constant internal mass over its length in the usual design, there is less play between the shaft-side polygonal socket and the receiving-side polygonal socket at the free end of the polygonal socket and a larger game at its shaft-side end. The coating is compressed only at the free end of the polygon when it is inserted, i.e. only over a certain length range, which depends on the cone size and the thickness of the coating. It does not have to be compressed or scraped over the entire insertion length with a very narrow tolerance, as in the state of the art, when the coating which interferes with the insertion.
This makes plugging in much easier and larger manufacturing tolerances are possible. Rattle freedom is guaranteed over the entire length of the polygon, since this is also coated on its shaft-side end. When the polygon is tilted axially, contact with the receiving polygon on its shaft-side end is damped by the coating.
The features of claim 2 are advantageously provided. This ensures that the two touch-sensitive areas, namely the front end area of the polygon and the rear end area of the polygon are protected against rattling by the coating. In the middle of the length of the polygon, there is no contact anyway. Since the area coated with a circumferential strip at the free end of the polygon is formed only as a narrow strip over a small length of the polygon, the insertion force resulting there with narrow tolerances and thick coating is limited by the width of the strip.
The features of claim 3 are advantageously provided. If the coating which is required anyway in the region of the free end of the polygon is carried out completely around the free end, the coating can give the free end additional strength, in particular against the cracking of the individual wires from which a flexible shaft is usually wound and which usual formation of the polygon are usually well pressed together by pressing the shaft, but under certain circumstances can jump open under loads.
In the drawing, the invention is shown for example and schematically. Show it:
Fig. 1 shows a section through the square coupling connection of a flexible shaft with a square shaft on the shaft side and inner square for coupling and
Fig. 2 shows the square shaft on the shaft of FIG. 1 with a coating in one embodiment.
Fig. 1 shows a flexible shaft 1, which is pressed to a square 2 at its end. To produce a coupling connection, the square 2, as shown, is inserted into an inner square 3. In order to enable easy insertion, the square 2 has a certain undersize compared to the inner square 3, as shown.
The square 2 is provided over the major part of its length with a circumferential coating 4, which consists of elastic material, e.g. a volume-elastic plastic material that can be applied by dipping, spraying or melting.
The inner square 3 is formed in a conventional manner with an internal cross section that is constant over its axial length.
As shown in FIG. 1, the square 2 is conical over its length, in such a way that it is thicker at its free end than at its end adjoining the shaft 1. As shown in FIG. 1, the coating 4 is compressed or scraped only over part T of its length, even with a considerable excess. The resulting insertion forces are therefore limited.
In Fig. 1, the cone angle is shown exaggerated for clarification. In a practical embodiment, the shaft 1 has an outside diameter of 3.70 mm. The square 2 has a corner diameter at the same height, with a thickness between the surfaces of 3.00 mm at its end towards the shaft 1 and a thickness of 3.15 mm at its free end, with a total length of the square 2 of 15 mm , The thickness of the coating 4 can be about 1 or 2 tenths of a millimeter. The internal dimension of the inner square 3 from surface to surface can be in the range of the thickness of the free end of the square 2 with an excess in the range of approximately 1 tenth of a millimeter.
FIG. 2 shows an embodiment variant in which the shaft 1 and the square 2 match the embodiment of FIG. 1. However, the coating is designed differently, namely in the form of two strips 4 minutes and 4 minutes in the area of the shaft-side end of the square 2 and in the area of its free end. The strips 4 min and 4 min min leave a larger part of the axial length of the square 2 between them.
If the square shown in FIG. 2 is inserted into the square inside according to FIG. 2, it can be seen that the strong friction critical when inserted is essentially only caused by the coating strip for 4 minutes, which in its strip width is approximately the same as that shown in FIG. 1 shown length range T is limited. When the shaft is tilted relative to the inner square 3, there is also a rattle-free mounting at the shaft-side end of the square 2, that is to say in the area of the coating strip 4 minutes.
The flexible shaft 1 usually consists of several helically wound wire layers. The square 2 is usually produced from the material of the shaft 1 by square pressing. The individual wires are tightly crimped or cold welded. Pressed wire ends lie on the free end face of the square 2.
In order to avoid this jumping open of the wire ends at the free end of the square 2, as shown in FIG. 2, the coating strip can be designed to run completely around the free end of the square 2 for 4 minutes, as in FIG. 2 with the dashed line 5 shown. The wire ends that may open are held together by the coating. A corresponding design can also be provided in the embodiment of FIG. 1, in which the coating 4 can be designed to run around the free end of the square 2.