DE10123413A1

DE10123413A1 - Antriebswelle

Info

Publication number: DE10123413A1
Application number: DE10123413A
Authority: DE
Inventors: Herbert Cermak; Erik Schamper
Original assignee: GKN Loebro GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2003028184A; US6921338B2; US20020177485A1; JP4353674B2; DE10123413B4

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.

Bezugszeichenliste

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

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.

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.