DE10053987A1

DE10053987A1 - Längenverstellbare Welle

Info

Publication number: DE10053987A1
Application number: DE10053987A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wiesneth; Rudolf Folk
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-08
Also published as: US20020064418A1; US6659877B2

Abstract

Eine längenverstellbare Welle (1) zur Übertragung von Drehmomenten weist ein kreisrundes inneres Wellenteil (2) auf, der koaxial in einem hohlen äußeren Wellenteil (3) über ein Linearkugellager teleskopartig in axialer Richtung verschiebbar aufgenommen ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der innere Wellenteil (2) an seinen gegenüberliegenden Endabschnitten (6) über zwei voneinander beabstandete, in einer Aufnahmebohrung (19) des äußeren Wellenteils (3) aufgenommene vorgespannte Linearkugellager (4) gehalten, wobei die Übertragung des Drehmomentes durch Formschluß der beiden Wellenteile (2, 3) erfolgt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Welle zur Übertragung von Drehmomenten mit einem inneren im Querschnitt kreisrund ausgebildeten Wellenteil, der koaxial in einem hohlen äußeren Wellenteil über ein Linear kugellager teleskopartig in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist.

Hintergrund der Erfindung

Derart gattungsgemäß ausgebildete Wellen zur Übertragung von Drehmo menten sind bereits in unterschiedlichen Ausführungsvarianten vorbekannt.

So ist in der DE 33 37 735 C2 eine Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbe wegung beschrieben, die aus zwei teleskopisch ineinander gelagerten Achsteilen besteht. Die teleskopische Führung des inneren Achsteiles erfolgt mit Hilfe eines Linearkugellagers, das unmittelbar zwischen der Axialbohrung des äußeren Achsteiles und dem inneren Achsteil angeordnet ist. Das Linear kugellager besteht aus mehreren Reihen in Achsrichtung linear ausgerichteter Kugeln, die in einem Käfig gehalten sind. Diese Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung wird in einem Kraftfahrzeug-Antrieb verwendet, wobei die beiden Achsteile zur Übertragung von Drehmomenten über ein Wellrohr dreh fest miteinander verbunden sind. Dazu müssen sie aber an ihren Enden mit je einem Flansch ausgestaltet sein. Nachteilig an dieser Anordnung ist die auf wendige drehfeste Verbindung zwischen den beiden Achsteilen.

In der DE 296 11 785 U1 ist eine Antriebswelle für Kraftfahrzeugräder be schrieben, bei der ein kreisrundes Innenteil über ein Linearkugellager in einem hohlen Außenteil axial verschieblich geführt ist. In diesem Fall ist die drehfeste Verbindung zwischen den beiden Wellenteilen über das Linearkugellager reali siert, so daß sowohl der innere als auch der äußere Wellenteil mit als Lauf bahnen dienenden Nuten versehen sein müssen. Dies macht aber die gesamte Lageranordnung aufgrund der erforderlichen spanenden Bearbeitung zur Her stellung der Nuten teuer.

Dem genannten Stand der Technik haftet weiter der Nachteil an, daß zwischen beiden Wellenteilen immer ein Spiel vorhanden ist, das sich in einem Verkip pen der Bauteile zueinander oder in unerwünschten Geräuschen niederschägt.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wel lenanordnung bei der der kreisrunde Innenteil über ein Linearkugellager in einem hohlen Außenteil geführt ist, in der Herstellung zu vereinfachen und in der Wirkungsweise zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der innere Wellenteil an seinen gegenüberlie genden Endabschnitten über zwei voneinander beabstandete, in einer Auf nahmebohrung des äußeren Wellenteils aufgenommene vorgespannte Linear kugellager gelagert ist und daß die Übertragung des Drehmomentes durch Formschluß der beiden Wellenteile erfolgt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lageranordnung wird si chergestellt, daß ein durch Spiel zwischen beiden Wellenteilen bedingtes axiales Verkippen der Wellenteile zueinander verhindert ist. Die Wellenanordnung wird durch die beiden voneinander beabstandeten spielfreien Lagerstel len zusätzlich zum Formschluß geführt, wobei die Wellenteile radial zueinander festgehalten, aber axial zueinander problemlos verschoben werden können. Darüber hinaus werden durch diese spezielle Lagerung Vibrationen und Schwingungen im Wellenstrang unterdrückt, die sich beispielsweise in ver stärkten Geräuschen, in erhöhter Reibung und in erhöhter Schwergängigkeit beim axialen Verschieben beider Bauteile auswirken können.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, gemäß Anspruch 2 soll der Formschluß der beiden Wellenteile in deren Mittel erfolgen.

So ist nach Anspruch 3 vorgesehen, daß der innere und der äußere Wellenteil an ihren einander zugewandten Mittelabschnitten jeweils ein Keilwellenprofil aufweisen. Dieses Keilwellenprofil läßt sich fertigungstechnisch in einfacher Weise herstellen und erlaubt darüber hinaus ein einfaches Ineinanderschieben von beiden Wellenteilen.

Im Unteranspruch 4 ist eine konkrete Ausgestaltung des vorgespannten Line arkugellagers beschrieben. Danach soll der innere Wellenteil in einer im äuße ren Wellenteil aufgenommenen dünnwandigen Hülse mit gleichmäßiger Wand stärke gelagert sein, deren Laufbahn in wenigstens einem Umfangsabschnitt im Querschnitt gesehen eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgie bige Laufbahnwölbung aufweist, so daß wenigstens eine der Kugelreihen zwi schen der Laufbahnwölbung und dieser gegenüberliegenden Laufbahn radial vorgespannt ist.

Die Größe der auf den Welleninnenteil aufgebrachten Vorspannung ist durch das verwendete Material zum Bau der Hülse bzw. deren Wanddicke bestimmt. Je größer die Wanddicke des verwendeten Materials, um so größer wird die Vorspannung auf den inneren Wellenteil sein. Die Elastizität der in der Regel verwendeten Stahlwerkstoffe wird auch durch deren Härtung beeinflußt, wobei bei einer gehärteten dünnwandigen Hülse die Vorspannung erhöht ist.

Die Einstellung der Elastizität ist auch davon abhängig, an wievielen Stellen ihres Umfanges die Hülse eine von der Kreisform abweichende Laufbahnwöl bung aufweist. Zweckmäßigerweise ist deshalb nach Anspruch 5 vorgesehen, daß die Laufbahn der Hülse an drei um 120° zueinander versetzten Umfangs abschnitten eine Laufbahnwölbung aufweist, wobei diese nach Anspruch 6 im Querschnitt gesehen sichelförmig ausgebildet ist und an ihren Umfangsenden kantenfrei in die Kreisform der Laufbahn übergeht. Dadurch wird erreicht, daß der Welleninnenteil von allen Seiten gleichmäßig vorgespannt ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 7 soll die Hülse des Linearkugellagers eine größere axiale Ausdehnung als ein zugehöriger Käfig besitzen und die Hülse soll beidseitig mit je einem radial nach innen wei senden Bord versehen sein. Durch diese konstruktiven Maßnahmen ist einer seits sichergestellt, daß eine axiale Verschiebung von innerem Wellenteil in äußerem Wellenteil nicht behindert ist und daß der aus Lagerkugeln und Käfig bestehende rohrförmige Kugelkranz nicht aus der Hülse herausgleiten kann.

Schließlich geht aus Anspruch 8 hervor, daß die vorstehend beschriebene er findungsgemäße Wellenanordnung als eine Gelenkwelle ausgebildet sein soll.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Gelenkwelle,

Fig. 2 einen Längsschnitt in vergrößerter Darstellung durch ein Linear kugellager und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Welle 1 kann beispielsweise als Antriebswelle in einem landwirtschaftlichen Gerät verwendet werden, wobei größere Längenveränderungen dieser beim Anheben von Geräten oder bei Kurvenfahren eintreten können und durch axiale Verschiebung der Wellentei le 2, 3 zueinander ausgeglichen werden müssen. Die Welle 1 besteht aus dem inneren Wellenteil 2, der im hohlen äußeren Wellenteil 3 über zwei von einander beabstandete vorgespannte Linearkugellager 4 aufgenommen ist. Die Rotationsachse der zusammengesetzten Welle 1 ist mit dem Bezugszeichen 5 versehen. Der innere Wellenteil 2 weist die beiden gegenüberliegenden En dabschnitte 6 auf, die im Querschnitt gesehen kreisrund ausgebildet sind und die jeweils die innere Laufbahn 7 für die voneinander beabstandeten vorge spannten Linearkugellager 4 bilden. Sowohl innerer Wellenteil 2 als auch hoh ler äußerer Wellenteil 3 weisen einen zwischen den beiden Linearkugellagern 4 liegenden Mittelabschnitt 8, 9 auf, deren Umfangsflächen einander zuge wandt sind und die beide ein Keilwellenprofil 10, 11 tragen, die das Drehmo ment übertragen. Unter Keilwellenprofil 10, 11 ist im erfindungsgemäßen Sinne zu verstehen, daß ein Vorsprung des inneren Wellenteils 2 in eine zugehörige Ausnehmung des äußeren Wellenteils 3 und umgekehrt eingreift. Dieses Keil wellenprofil 10, 11 kann sich um die gesamte Umfangsfläche der Wellenteile 2, 3 oder nur um einen Teil davon erstrecken. Die aus Hülse 12 und im Käfig 13 untergebrachten Lagerkugeln 14 bestehenden vorgespannten Linearkugella ger 4 sind in den beiden Endabschnitten 15 des äußeren Wellenteils 3 unter gebracht, wobei deren axiale Festlegung durch je eine nicht bezeichnete Schulter im äußeren Wellenteil 3 und durch je einen Sicherungsring 16 gege ben ist. Während der äußere Wellenteil 3 rechtsseitig mit der Kardangabel 17 zur Aufnahme eines Gelenkkreuzes versehen ist, nimmt er in seiner Aufnahmebohrung 19 linksseitig den Dichtring 18 auf, so daß die Welle 1 einerseits nach außen gegen Schmutz abgedichtet ist und andererseits ein Auslaufen von Schmiermittel aus der Lagerung verhindert ist.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Hülse 12 des vorgespannten Linearkugellagers 4 an ihren beiden äußeren Enden mit je einem radial nach innen weisenden Bord 20 versehen, so daß der rohrförmige Käfig 13 beim axialen Verschieben der Wel lenteile 2, 3 zueinander diese nicht verlassen kann. Fig. 2 zeigt weiter, daß die axiale Ausdehnung des Käfigs 13 unter der axialen Ausdehnung der Hülse 12 liegt, wobei die innere Mantelfläche der Hülse 12 die äußere Laufbahn 21 für die Lagerkugeln 14 bildet.

Die in Fig. 3 dargestellte eine Möglichkeit von vielen zur Realisierung der Spielfreiheit bzw. der Vorspannung der Linearkugellager 4 ist durch eine poly gonartige Ausbildung der Hülse 12 gekennzeichnet. Diese ist zur besseren Verdeutlichung ihrer Wirkungsweise nahezu dreieckförmig, d. h. sehr stark überzeichnet dargestellt. Sie weist an drei Umfangsabschnitten Laufbahnwöl bungen 22 in Richtung auf den inneren Wellenteil 2 auf und ist demzufolge in der Aufnahmebohrung 19 des äußeren Wellenteils 3 über ebenfalls drei Anla gepunkte 23 gehalten. Diese Laufbahnwölbungen 22 sind in radialer Richtung nachgiebig und in etwa sichelförmig ausgebildet, so daß der innere Wellenteil 2 durch im Wölbungsbereich 22 angeordnete Lagerkugeln 14, die in diesem Bereich sowohl Kontakt mit der Außenlaufbahn 21 als auch mit der Innenlauf bahn 7 haben, unter Vorspannung gehalten ist.

Bezugszeichen

1

längenverstellbare Welle

2

innerer Wellenteil

3

äußerer Wellenteil

4

Linearkugellager

5

Rotationsachse

6

Endabschnitt

7

innere Laufbahn

8

Mittelabschnitt

9

Mittelabschnitt

10

Keilwellenprofil

11

Keilwellenprofil

12

Hülse

13

Käfig

14

Lagerkugel

15

Endabschnitt

16

Sicherungsring

17

Kardangabel

18

Dichtring

19

Aufnahmebohrung

20

Bord

21

äußere Laufbahn

22

Laufbahnwölbung

23

Anlagepunkt

Claims

1. Längenverstellbare Welle (1) zur Übertragung von Drehmomenten mit einem inneren im Querschnitt kreisrund ausgebildeten Wellenteil (2), der koaxial in einem hohlen äußeren Wellenteil (3) über ein Linearku gellager teleskopartig in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, da durch gekennzeichnet, dass der innere Wellenteil (2) an seinen ge genüberliegenden Endabschnitten (6) über zwei voneinander beabstan dete, in einer Aufnahmebohrung (19) des äußeren Wellenteils (3) auf genommene vorgespannte Linearkugellager (4) gelagert ist und dass die Übertragung des Drehmomentes durch Formschluß der beiden Wellen teile (2, 3) erfolgt.

2. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Form schluß der beiden Wellenteile (2, 3) in deren Mittelabschnitt (8, 9) er folgt.

3. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und der äußere Wellenteil (2, 3) an ihren einander zugewandten Mit telabschnitten (8, 9) jeweils ein Keilwellenprofil (10, 11) aufweisen.

4. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wellenteil (2) in einer im äußeren Wellenteil (3) aufgenommenen dünn wandigen Hülse (12) mit gleichmäßiger Wandstärke gelagert ist, deren Laufbahn (21) in wenigstens einem Umfangsabschnitt im Querschnitt gesehen eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (22) aufweist, so dass wenigstens eine der Kugelrei hen (14) zwischen der Laufbahnwölbung (22) und dieser gegenüberlie genden Laufbahn (7) radial vorgespannt ist.

5. Welle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf bahn (21) der Hülse (12) an drei um 120° zueinander versetzten Um fangsabschnitten eine Laufbahnwölbung (22) aufweist.

6. Welle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf bahnwölbung (22) im Querschnitt gesehen sichelförmig ausgebildet ist und an ihren Umfangsenden nahezu kantenfrei in die Kreisform der Laufbahn (21) übergeht.

7. Welle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hül se (12) des Linearkugellagers (4) eine größere axiale Ausdehnung als ein zugehöriger Käfig (13) besitzt und dass sie beidseitig mit je einem radial nach innen weisenden Bord (20) versehen ist.

8. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einem Ende ein Gelenk angeordnet ist.