DE10123413A1 - Antriebswelle - Google Patents
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Abstract
Axialverschiebeeinheit für einen Antriebsstrang zur Drehmomentübertragung, bestehend aus einem Profilzapfen 11 mit ersten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen 12, einer Profilhülse 13 mit zweiten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen 14, Kugeln 15, die in Paaren von ersten und zweiten Kugelrillen 12, 14 in gleichen Gruppen angeordnet sind, und einer Stütz- und Anschlußhülse 21, die drehmomentfest auf die Profilhülse 13 aufgeschoben ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Axialverschiebeeinheit für einen
Antriebsstrang zur Drehmomentübertragung, umfassend einen Pro
filzapfen mit ersten umfangsverteilten längsverlaufenden Ku
gelrillen, eine Profilhülse mit zweiten umfangsverteilten
längsverlaufenden Kugelrillen sowie Kugeln, die in Bahnen aus
ersten und zweiten Kugelrillen in gleichen Gruppen angeordnet
sind. Einheiten dieser Art werden in Längsantriebswellen oder
in Seitenwellen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen zumin
dest dann verwendet, wenn an den Wellenanschlüssen ausschließ
lich Festgelenke ohne eigene axiale Verschiebemöglichkeit zum
Einsatz kommen. Die Hauptanforderungen sind leichtgängige Ver
schiebbarkeit und größtmögliche Lebensdauer.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, eine Einheit der genannten Art vorzuschlagen, die bei
günstigem Materialeinsatz und Fertigungsaufwand diese Forde
rungen erfüllt. Die Lösung besteht in einer Axialverschiebe
einheit der genannten Art mit einer Stütz- und Anschlußhülse,
die drehmomentfest auf die Profilhülse aufgeschoben ist und
die zweiten Kugelrillen radial abstützt. Die genannte Stütz
hülse kann sich hierbei einstückig als Rohrprofil fortsetzen
und die entsprechende Längs- oder Seitenwelle selber bilden
oder sie kann bei kurzer Ausführung eine Anschlußstelle in
Form eines Flansches oder Stutzens bilden, an die die eigent
liche Welle angeschraubt oder angeschweißt werden kann.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau aus innenliegender Profil
hülse und außenliegender Stütz- und Anschlußhülse erfolgt eine
Funktionstrennung in der Hinsicht, daß die innenliegende Pro
filhülse die entsprechenden Anforderungen bei der Kraft- bzw.
Drehmomentübertragung in den Kugelkontaktpunkten mit den Ku
geln zu erfüllen hat, also insbesondere die entsprechende
Oberflächenhärte aufweisen muß, während die Stütz- und An
schlußhülse die Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit er
füllen kann, um einerseits die innere Hülse so formstabil ab
zustützen, daß in dieser keine unzulässigen Zugspannungen auf
treten, und weiterhin das Drehmoment in die anschließende Wel
le einzuleiten, ohne daß plastische Verformungen an der Stütz-
und Anschlußhülse auftreten.
Die Drehmomentübertragung zwischen innenliegender Profilhülse
und außenliegender Stützhülse kann im Drehsinn durch form
schlüssigen Eingriff erfolgen oder durch reibschlüssige oder
stoffschlüssige Verbindung hergestellt werden. Prinzipiell
gleiches gilt für die relative Längsfixierung, wobei hier die
zu übertragenden Kräfte aufgrund der Verschiebefunktion der
Profilhülse gegenüber dem Profilzapfen unter Vermittlung der
Kugeln äußerst gering ist. Für die axiale Fixierung kann ein
Formschluß durch bekannte Axialsicherungsmittel wie Seegerrin
ge oder Einbördelungen der Stützhülse in entsprechende Geome
trien der Profilhülse (Bohrungen, Nuten usw.) oder endseitiges
Einbördeln der bis zu einem Innenanschlag in die Stützhülse
eingeschobenen Profilhülse erfolgen. Für die stoffschlüssige
Verbindung kann eine Schweiß- oder Lötverbindung vorgesehen
werden; eine reibschlüssige Verbindung ist über eine entspre
chende Preßpassung möglich. Hierbei wird die Profilhülse so in
die Stützhülse eingepreßt, daß eine Drehmomentübertragung ge
währleistet ist.
In einer günstigen Ausführung kann die Stützhülse im Bereich
der Profilhülse Polygonquerschnitt haben und jede Kugelrille
der Profilhülse einer Innenkante des Polygons der Stützhülse
zugeordnet sein. Die Kantenzahl des Polygonprofils entspricht
damit der Kugelrillenzahl der Profilhülse.
Die Stützhülse kann auch ein Profil mit einer Außenbogenlinie
bilden, wobei in jeden zweiten bis n-ten Bogenabschnitt innen
eine Kugelrillenausprägung der Profilhülse eingreift. Über die
verschiedenen geometrischen Ausbildungen lassen sich unter
schiedliche Federungs- und Dämpfungscharakteristiken bei der
Kugelkräfteübertragung bzw. Drehmomentübertragung erzielen. Es
wird vorgeschlagen, daß der Stützwinkelbereich mit Anlagekon
takt zwischen Stützhülse und Profilhülse jeweils etwa dem Kon
taktwinkel der Kugeln in den Kugelrillen in der Profilhülse
entspricht. Zumindest wird vorgesehen werden, daß der Stütz
winkelbereich mit Anlagekontakt zwischen Stützhülse und Pro
filhülse jeweils mindestens 60° beträgt. Hierdurch wird die
Formstabilität der Kugelrillen durch einen großen Umschlin
gungswinkel zwischen Stützhülse und Profilhülse im Bereich der
Kugelrillen sichergestellt.
Die Gruppen von Kugeln werden vorzugsweise in untereinander
gleicher Anordnung von einem hülsenförmigen Käfig mit entspre
chenden Fenstern für die Kugeln gehalten.
Die Profilhülse kann als Einzelteil in Bezug auf das Auslege
drehmoment der gesamten Einheit unterdimensioniert sein, so
daß sie im wesentlichen nur die erforderliche Laufflächenhärte
nach Durchführung entsprechender Härteverfahren aufweisen muß.
Der wesentliche und größere Anteil der Formstabilität wird
hierbei von der Stützhülse übernommen. In besonderer Ausfüh
rung kann zwischen Profilhülse und Stützhülse eine Schicht aus
elastischem Material, insbesondere mit Innendämpfung, einge
legt werden, um eine Dämpfung von Drehstößen zu ermöglichen.
Durch die erfindungsgemäße Funktionstrennung im Bereich der
Hülse ist eine optimale Materialauswahl in Hinsicht auf Kosten
und Beanspruchung für jedes der beiden Hülsenelemente möglich.
Für die Profilhülse ist bei der Materialauswahl der Gesichts
punkt der Hertzschen Pressung entscheidend, also eine Auswahl
nach hoher Härtbarkeit zu treffen. Bei der Stützhülse sind die
wesentlichen Kriterien die Festigkeit, Maßgenauigkeit und mög
lichst geringes Gewicht. Dies führt zur Auswahl von naturhar
tem Stahl, Aluminium oder Faserverbundwerkstoffen als geeigne
ter Werkstoff.
Durch Einbringung von Dämpfungsmaterialien wie z. B. Gummi
oder Fett in die Hohlräume zwischen Profilhülse und Stützhülse
kann die genannte Federelastizität gedämpft werden.
Eine erfindungsgemäße Einheit hat ein hohes Standardisierungs
potential, da an eine vorgegebene Stütz- und Anschlußhülse
Wellen unterschiedlicher Art angeschlossen werden können.
Bei kostengünstiger Herstellbarkeit der Profilhülse mittels
spanloser Umformung wird zugleich eine Einheit mit verbesser
ter Genauigkeit verfügbar.
Die Ausführung des Profilzapfens erfolgt aus Gewichtsgründen
vorzugsweise als Hohlzapfen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in einer ersten
Ausführung mit Gruppen von sechs Kugeln im Längs
schnitt;
Fig. 2 zeigt die Anordnung ähnlich Fig. 1 mit sechs Kugel
rillenpaaren im Querschnitt;
Fig. 3 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 1 mit fünf Kugel
rillenpaaren im Querschnitt;
Fig. 4 zeigt ein Kugelrillenpaar mit Kugel nach den Fig. 2
und 3 als vergrößerte Einzelheit;
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in einer zweiten
Ausführung mit Gruppen von vier Kugeln im Längsschnitt;
Fig. 6 zeigt die Anordnung nach Fig. 5 im Querschnitt;
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in einer dritten
Ausführung mit Gruppen von vier Kugeln im Längsschnitt;
Fig. 8 zeigt die Anordnung nach Fig. 7 im Querschnitt;
Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in einer vierten
Ausführung mit Gruppen von vier Kugeln im Längsschnitt;
Fig. 10 zeigt die Anordnung nach Fig. 9 im Querschnitt;
Fig. 11 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 9 mit Flanschan
schluß;
Fig. 12 zeigt eine Anordnung ähnlich Fig. 9 mit Schweißan
schluß.
Die Fig. 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Es ist eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt, die sich aus
den folgenden Einzelheiten zusammensetzt. Ein Profilzapfen 11
ist als Hohlzapfen ausgebildet und weist sechs gleichmäßig um
fangsverteilte erste Kugelrillen 12 auf. Der Profilzapfen 11
ist in eine Profilhülse 13 eingeschoben, die als Blechprofil
mit im wesentlichen konstanter Wandstärke ausgeführt ist. Sie
weist sechs innenliegende zweite Kugelrillen 14 auf. Die Ku
gelrillen 12, 14 sind einander paarweise zugeordnet und nehmen
jeweils eine drehmomentübertragende Kugel 15 auf. In den ein
zelnen Kugelrillenpaaren sind jeweils gleiche Gruppen von
sechs Kugeln 15 angeordnet, die untereinander gleichen Abstand
voneinander halten. Diese Kugeln werden in einem hülsenförmi
gen Käfig 16 gehalten. Dieser ist in Fig. 2 als dünnwandiger
polygonförmiger Kunststoffkörper erkennbar, der gemäß Fig. 2
zwischen einzelnen Käfigfenstern 17 für die einzelnen Kugeln
15 nach innen und außen vorstehende Nocken 28, 29 hat. Zu den
Käfigfenstern sind diese Nocken 30, 31 kugelschalig ausge
höhlt, um die Kugeln verliersicher festzuhalten. Die Profil
hülse 13 ist in eine Anschluß- und Stützhülse 21 eingeschoben,
in die sie im Drehsinn formschlüssig eingreift und in der sie
in Längsrichtung formschlüssig festgelegt ist. Die Stützhülse
21 bildet ein sechskantiges Polygonprofil, in deren Kantenbe
reichen die nach außen gewölbten Ausprägungen der Kugelrillen
14 der Profilhülse 13 eingreifen. Die Zwischenbereiche der
Profilhülse 13 zwischen den Kugelrillen 14 stützen sich innen
an der Stützhülse 21 ab. Axial ist die Profilhülse 13 in der
Stützhülse 21 durch eine Bördelung 22 am freien Ende der
Stützhülse und eine Einrollung 23 am entgegengesetzten Ende
der Profilhülse festgelegt. Im Anschluß an die Einrollung 23
setzt sich die Stützhülse als runde Rohrwelle 24 fort, in die
ein runder Deckel 25 eingesetzt ist, der ein Wegfließen einer
Fettfüllung verhindert. Die axiale Länge der Kugelrillen 12,
14 im Profilzapfen 11 und in der Profilhülse 13 ist jeweils
deutlich länger als die Anordnung der Gruppen von Kugeln 15,
so daß unter abrollender Bewegung der Kugeln 15 gegenüber bei
den Kugelrillen 12, 14 der Profilzapfen 11 gegenüber der Pro
filhülse 13 längsverschieblich ist.
In Fig. 3 ist eine Anordnung ähnlich Fig. 2 im Querschnitt
dargestellt, wobei abweichend anstelle von sechs Gruppen von
Kugeln hier fünf Gruppen von Kugeln 15 mit entsprechenden Ril
lenpaaren vorgesehen ist. Die übrigen Einzelheiten sind mit
gleichen Ziffern wie in Fig. 2 bezeichnet. Auf die vorange
hende Beschreibung wird hiermit Bezug genommen.
In Fig. 4 ist ein Kugelrillenpaar einer Anordnung nach den
Fig. 1 bis 3 als vergrößerte Einzelheit gezeigt. Während
die Kugelrille 12 im Profilzapfen 11 runden Querschnitt hat
und damit Linienkontakt gegenüber der Kugel 15, ist die Kugel
rille 14 so aus dem Blech der Profilhülse 13 ausgeprägt, daß
nur doppelter Punktkontakt unter 2 × 45° Kontaktwinkel be
steht, während im Grund der Kugelrille 14 ein Luftspalt 20
vorliegt. Der Stützwinkelbereich mit Kontakt zwischen Stütz
hülse und Profilhülse ist etwa gleich groß, beträgt zumindest
jedenfalls 60° insgesamt. Käfig 16 und Stützhülse 21 sind in
gleicher Weise wie vorher dargestellt.
Die Fig. 5 und 6 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Hierbei wird nur auf die Unterschiede gegenüber der Ausführung
nach Fig. 1 eingegangen, während alle übereinstimmenden Merk
male mit gleichen Bezugsziffern belegt sind und insoweit auf
die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird. Wie
in Fig. 5 erkennbar, umfassen die Gruppen von Kugeln 15 hier
bei jeweils nur vier Kugeln in jedem Rillenpaar. Hierbei wer
den jeweils zwei Paare von Kugeln an den Enden des Käfigs 16
mit geringem Abstand voneinander gehalten, während zwischen
den beiden Paaren ein größerer Abstand durch den Käfig 16 ein
gehalten wird. Wie in Fig. 6 erkennbar, ist die Stützhülse 21
hierbei nicht als Polygon, sondern als Bogenprofil aus sechs
größeren und sechs kleineren Bögen mit Außenwölbung gebildet,
die sich über dem Umfang abwechseln. In den jeweils kleineren
Bögen liegen die Rillenbereiche der Profilhülse 13 formschlüs
sig mit flächigem Kontakt ein.
Die Fig. 7 und 8 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Hierbei wird nur auf die Unterschiede gegenüber der Ausführung
nach Fig. 1 eingegangen, während alle übereinstimmenden Merk
male mit gleichen Bezugsziffern belegt sind und insoweit auf
die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird. Im
Längsschnitt nach Fig. 7 stimmt die Ausführung völlig mit der
nach Fig. 5 überein, so daß auf die dortige Beschreibung Be
zug genommen wird. Wie in Fig. 8 erkennbar, ist die Stützhül
se 21 hierbei als Bogenlinienprofil mit zwölf gleichmäßigen
Bögen ausgebildet. Jedem zweiten dieser Bögen ist ein Rillen
bereich der Profilhülse 13 zugeordnet, der formschlüssig und
mit Flächenkontakt in diesem Außenbogenprofil einliegt.
Die Fig. 9 und 10 werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Hierbei wird nur auf die Unterschiede gegenüber der Ausführung
nach Fig. 1 eingegangen, während alle übereinstimmenden Merk
male mit gleichen Bezugsziffern belegt sind und insoweit auf
die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird. Die
Ausführung stimmt im Längsschnitt nach Fig. 9 mit der nach
Fig. 5 weitgehend überein. Auf die Beschreibung wird insoweit
Bezug genommen. Abweichend davon ist anstelle einer Bördelung
am freien Ende der Stützhülse 21 hier eine Reihe von Einprä
gungen 26 über dem Umfang vorgesehen, die in Ausstanzungen 27
am äußeren Ende der Profilhülse 13 eingreifen und damit axial
in beiden Richtungen wirksam sind. Anstelle einer Einrollung
ist hier nur ein einfacher stufiger Übergang von der Stützhül
se 21 zum Rohrprofil 24 vorgesehen. Wie im Querschnitt nach
Fig. 10 erkennbar, hat die Stützhülse 21 wieder Bogenlinien
profil. Die darin eingesetzte Profilhülse 13 mit den Kugelril
len 14 ist in dieser in jedem zweiten der Bögen in Drehrich
tung formschlüssig festgelegt.
In Fig. 11 ist eine Anordnung gezeigt, die von der nach Fig.
9 nur dadurch abweicht, daß das Rohr 24 in einem Flansch 30
endet. In Fig. 12 ist eine Anordnung nach Fig. 9 gezeigt, an
die ein Anschlußrohr 31 über eine Schweißung 32 angeschlossen
ist. Im übrigen wird auf die Beschreibung von Fig. 9 verwie
sen.
11
Profilzapfen
12
Kugelrille (
11
)
13
Profilhülse
14
Kugelrille (
13
)
15
Kugel
16
Käfig
17
Fenster
18
Zwischenrille (
11
)
19
Zwischenbogen (
13
)
20
Luftspalt
21
Stütz-/Anschlußhülse
22
Bördelung
23
Einrollung
24
Rohrprofil
25
Deckel
26
Einprägung
27
Ausstanzung
28
Nocken
29
Nocken
30
Flansch
31
Anschlußrohr
32
Schweißung
Claims (16)
1. Axialverschiebeeinheit für einen Antriebsstrang zur Dreh
momentübertragung,
bestehend aus
einem Profilzapfen (11) mit ersten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen (12),
einer Profilhülse (13) mit zweiten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen (14),
Kugeln (15), die in Paaren von ersten und zweiten Kugel rillen (12, 14) in gleichen Gruppen angeordnet sind, und einer Stütz- und Anschlußhülse (21), die drehmomentfest auf die Profilhülse (13) aufgeschoben ist.
bestehend aus
einem Profilzapfen (11) mit ersten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen (12),
einer Profilhülse (13) mit zweiten umfangsverteilten längsverlaufenden Kugelrillen (14),
Kugeln (15), die in Paaren von ersten und zweiten Kugel rillen (12, 14) in gleichen Gruppen angeordnet sind, und einer Stütz- und Anschlußhülse (21), die drehmomentfest auf die Profilhülse (13) aufgeschoben ist.
2. Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülse (21) sich einstückig als Rohrprofil
fortsetzt.
3. Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülse (21) einstückig in einen Flansch über
geht.
4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gruppen von Kugeln (15) in untereinander gleicher
Anordnung von einem Käfig (16) gehalten werden.
5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Profilhülse (13) und Stützhülse (21) im Drehsinn form
schlüssig ineinandergreifen.
6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Profilhülse (13) und Stützhülse (21) in Längsrichtung
reibschlüssig ineinandergreifen.
7. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Profilhülse (13) und Stützhülse (21) stoffschlüssig
miteinander verbunden sind.
8. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülse (21) im Bereich der Profilhülse (13)
Polygonquerschnitt hat.
9. Einheit nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Kugelrille (14) in der Profilhülse (13) einer
Kante des Polygons der Stützhülse (21) zugeordnet ist.
10. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülse (21') ein Profil mit einer Außenbogen
linie bildet.
11. Einheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem zweiten bis n-ten Außenbogenabschnitt der Stütz
hülse (21') eine Kugelrille (14) der Profilhülse (13) zu
geordnet ist.
12. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützwinkelbereich mit Anlagekontakt zwischen
Stützhülse (21) und Profilhülse (13) jeweils etwa dem Kon
taktwinkel (2a) der Kugeln (15) in den Kugelrillen (14) in
der Profilhülse (13) entspricht.
13. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützwinkelbereich mit Anlagekontakt zwischen
Stützhülse (21) und Profilhülse (13) jeweils mindestens
60° beträgt.
14. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilhülse (13) als Einzelteil in Bezug auf das
Auslegedrehmoment der Einheit unterdimensioniert ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülse (21) als Einzelteil eine höhere Form
stabilität aufweist als die Profilhülse (13).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Profilhülse (13) und Stützhülse (21) eine
Schicht aus elastischem Material, insbesondere mit Innen
dämpfung, einliegt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10123413A DE10123413B4 (de) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | Antriebswelle |
Publications (2)
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DE10123413A1 true DE10123413A1 (de) | 2002-12-05 |
DE10123413B4 DE10123413B4 (de) | 2006-03-16 |
Family
ID=7684737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10123413A Expired - Fee Related DE10123413B4 (de) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | Antriebswelle |
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