DE10158544C2

DE10158544C2 - Längsverschiebeeinheit aus Material gleicher Wandstärke

Info

Publication number: DE10158544C2
Application number: DE10158544A
Authority: DE
Inventors: Peter Schwaerzler; Herbert Cermak; Arne Berger
Original assignee: GKN Loebro GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: US20030100377A1; US6802781B2; FR2832774A1; FR2832774B1; DE10158544A1; JP2003184904A

Abstract

Längsverschiebeeinheit 11 zur Drehmomentübertragung für eine Wellenanordnung, bestehend aus einer außenliegenden Profilhülse 21 mit umfangsverteilt innenliegenden längsverlaufenden ersten Kugelrillen 22 zur Verbindung mit einem ersten Anschlußteil, einem darin einliegenden Profilzapfen 31 mit umfangsverteilt außenliegenden längsverlaufenden zweiten Kugelrillen 32 zur Verbindung mit einem zweiten Anschlußteil, Gruppen von Kugeln 41, die in Paaren von ersten und zweiten Kugelrillen 22, 32 angeordnet sind, und einem hülsenförmigen Kugelkäfig 42, der im Ringraum zwischen Profilhülse 21 und Profilzapfen 31 liegt und die Gruppen von Kugeln 41 in ihrer Lage relativ zueinander fixiert, wobei die Profilhülse 21 aus Material von im wesentlichen gleicher Wandstärke mit einer maximalen Abweichung von +- 15% besteht und im Anschluß an die ersten Kugelrillen 22 zum ersten Anschlußteil hin einstückig in einen ersten Zylinderansatz 23 übergeht und im Anschluß an die ersten Kugelrillen 22 zum zweiten Anschlußteil hin einstückig in einen zweiten Zylinderansatz 25 übergeht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Längsverschiebeeinheit zur Drehmo mentübertragung für eine Wellenanordnung, bestehend aus
einer außenliegenden Profilhülse mit umfangsverteilt innenlie genden längsverlaufenden ersten Kugelrillen zur Verbindung mit einem ersten Anschlußteil,
einem darin einliegenden Profilzapfen mit umfangsverteilt au ßenliegenden längsverlaufenden zweiten Kugelrillen zur Verbin dung mit einem zweiten Anschlußteil,
Gruppen von Kugeln, die in Paaren von ersten und zweiten Ku gelrillen angeordnet sind, und
einem hülsenförmigen Kugelkäfig, der im Ringraum zwischen Pro filhülse und Profilzapfen liegt und die Gruppen von Kugeln in ihrer Lage relativ zueinander fixiert.

Derartige Axialverschiebeeinheiten dienen der Drehmomentüber tragung in Wellensträngen, die während des Betriebes Längenän derungen erfahren, insbesondere beispielsweise in einem Kraft fahrzeug durch Ein- und Ausfederbewegungen eines der Anschluß teile. Soweit hier von Wellenanordnung gesprochen wird, ist es auch möglich, daß die Längsverschiebeeinheit diese weitgehend selber bildet und unmittelbar mit Anschlußstücken, wie ange schweißten Flanschen oder aufgesteckten Naben, verbunden ist.

Aus der DE 196 09 423 C2 ist eine Längsverschiebeeinheit der genannten Art bekannt, bei der die Profilhülse als Tiefzieh teil mit einem abschließenden Boden ausgebildet ist, an den ein Anschlußzapfen angeschweißt ist. Am offenen Ende ist die Profilhülse einschließlich der Kugelrillen leicht aufgebör delt. Der Profilzapfen ist aus Vollmaterial hergestellt.

Aus der DE 44 19 373 C2 ist eine Längsverschiebeeinheit der genannten Art bekannt, bei der die Profilhülse aus einem Rohr hergestellt ist und im Anschluß an die Kugelrillen einstückig in einen Zylinderabschnitt übergeht. Am offenen Ende endet die Profilhülse mit den Kugelrillen mit unverändertem Profilquer schnitt. Der Profilzapfen ist aus einem innen runden schweren Rohrkörper hergestellt.

Aus der DE 37 30 393 A1 ist eine weitere Längsverschiebeein heit der genannten Art bekannt, bei der die Profilhülse und der Profilzapfen über der Länge gleichbleibenden Querschnitt haben. In die Kugelrillen in der Profilhülse und im Profilzap fen sind dünnwandige Laufbahnelemente aus Federstahlblech ein gelegt, die zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen unter Vor spannung stehen.

Bei einer Relativverschiebung von Profilhülse zu Profilzapfen unter Drehmoment rollen die Kugeln in den inneren und äußeren Kugelrillen im wesentlichen gleitreibungsfrei ab, so daß sie und damit der Kugelkäfig mit allen Kugeln insgesamt jeweils den halben relativen Verschiebeweg zwischen den beiden Teilen ausführen und die Längenänderung der Längsverschiebeeinheit somit reibungsarm ermöglichen. An den Enden des Verschiebewegs sind in der Profilhülse oder auf dem Profilzapfen Axialan schläge für den Kugelkäfig oder die Kugeln vorzusehen. Im Normalbetrieb sollte der Kugelkäfig dabei möglichst die Axial anschläge nicht erreichen, sondern im konstruktiv vorgesehen Verschiebeweg frei verschiebbar sein, so daß eine Gleitreibung der Kugeln in den Rillen vermieden wird.

Anordnungen dieser Art kommen in drehmomentübertragenden Wel len, insbesondere Gelenkwellen, zum Einsatz, die zum Ausgleich von Toleranzen des Abstandes zwischen den Anschlußteilen bei der Montage und/oder zum Ausgleich von Abstandsänderungen der Anschlußteile, insbesondere der Gelenke, während des Betriebes einen reibungsarmen Längenausgleich benötigen. Im Betrieb tritt an ihnen das Problem auf, daß bei der Drehmomentübertra gung notwendigerweise eine Torsion der ineinandergreifenden Abschnitte der Profilhülse und des Profilzapfens im Bereich der Kugelrillen stattfindet.

Aufgrund dieser Torsionsbewegungen der Profilhülse und des Profilzapfens bei der Drehmomentübertragung kann es zu unglei chen Belastungsverhältnissen an den Kugeln in verschiedenen Querschnittsebenen kommen. Dies beeinträchtigt die Leichtgän gigkeit und kann zu vorzeitigen Ausfällen führen. Um dies zu vermeiden, ist eine besonders große Steifheit der beiden Teile wünschenswert.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, eine Längsverschiebeeinheit der genannten Art bereitzu stellen, die hohe Festigkeit mit leichter Bauweise vereint. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Profilhülse aus Ma terial von im wesentlichen gleicher Wandstärke mit einer maxi malen Abweichung von ±15% besteht und im Anschluß an die er sten Kugelrillen zum ersten Anschlußteil hin einstückig in ei nen ersten Zylinderansatz übergeht und im Anschluß an die er sten Kugelrillen zum zweiten Anschlußteil hin einstückig in einen zweiten Zylinderansatz übergeht. Die beiden genannten Zylinderansätze führen zur Verbesserung der Formsteifigkeit der Profilhülse. Sie sind bei Herstellung der Profilhülse durch Umformung aus einem Rohrkörper besonders einfach her stellbar. Der erste anschlußseitige Zylinderansatz erlaubt die Verbindung mit einem anschließenden Wellenrohr auf einfache Art, sei es durch stumpfes Ansetzen oder durch Einstecken oder Aufschieben. Der zweite einsteckseitige Zylinderansatz, der zum Anschlußteil des Profilzapfens hin weist, kann als Abdich tung und Anschlag für die im Käfig gehaltenen Kugeln dienen. Sofern der zweite Zylinderansatz mit gegenüber dem Kugelril lenquerschnitt vergrößertem Durchmesser ausgeführt ist, bietet er die Möglichkeit, Dichtungs- und Anschlagmittel im Preßsitz aufzunehmen.

Nach einer bevorzugten Ausführung ist der erste Zylinderansatz im Innendurchmesser größer als ein einhüllender Kreis um die funktionsgerecht im Käfig gehaltenen Kugeln. Dies ermöglicht das Einschieben des Kugelkäfigs mit den Kugeln von der An schlußseite her. In den ersten Zylinderansatz können dann ge gebenenfalls Anschlagmittel für den Käfig eingesetzt werden, damit der Käfig sich nicht innerhalb der Profilhülse vom Pro filzapfen löst.

Der Profilzapfen wird bevorzugt als Hohlzapfen, insbesondere aus Material von im wesentlichen gleicher Wandstärke mit einer maximalen Abweichung von ±15% hergestellt. Hiermit wird eine äußerste Gewichts- und Materialersparnis möglich, die bisher in dieser Form nicht üblich war. Vorzugsweise wird der Profil zapfen im Anschluß an die zweiten Kugelrillen zum zweiten An schlußteil hin einstückig in einen Zylinderabschnitt überge hen, der im Außendurchmesser im wesentlichen mit einem einhül lenden Kreis um die zweiten Profilrillen übereinstimmt.

In bevorzugter Ausführung erhält die Profilhülse im Bereich der ersten Kugelrillen eine Armierung aus einem Metall großer Verschleißfestigkeit, die für sich betrachtet ebenfalls glei che Wandstärke hat.

Sowohl Profilhülse als auch Profilzapfen lassen sich durch Um formung aus einem Rohr herstellen, wobei die mit der Armierung versehene Profilhülse aus einem Rohr mit im Preßsitz einge schobener Armierungshülse erzeugt werden kann. Eine radiale Materialvorspannung zwischen Profilhülse und Armierungshülse erhöht hierbei die Festigkeit. Analog kann auch der Profilzap fen im Bereich der Kugelrillen mit einer Armierung versehen sein. Diese kann aus einer auf ein Rohr aufgeschobenen Armie rungshülse erzeugt werden, die gemeinsam mit dem Rohr zum Pro filzapfen umgeformt wird.

Fig. 1 zeigt ein Axialverschiebeeinheit gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführung im Längsschnitt;

Fig. 2 zeigt eine Axialverschiebeeinheit gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführung im Längsschnitt;

Fig. 3 eine Profilhülse einer Einheit nach Fig. 1 als Ein zelheit im Längsschnitt;

Fig. 4 zeigt die Profilhülse nach Fig. 3 im Querschnitt;

Fig. 5 zeigt eine Profilhülse ähnlich Fig. 3 in abgewandel ter Ausführung als Einzelheit im Längsschnitt;

Fig. 6 zeigt die Profilhülse nach Fig. 5 im Querschnitt;

Fig. 7 zeigt den Profilzapfen der Einheiten nach den Fig. 1 und 2 als Einzelheit im Längsschnitt;

Fig. 8 zeigt den Profilzapfen nach Fig. 7 im Querschnitt;

Fig. 9 zeigt einen Profilzapfen ähnlich Fig. 7 in abge wandelter Ausführung als Einzelheit im Längsschnitt;

Fig. 10 zeigt den Profilzapfen nach Fig. 9 im Querschnitt.

Die Fig. 1 und 2 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist jeweils eine erfindungsgemäße Axialverschiebeeinheit 11 im Längsschnitt gezeigt, die eine Profilhülse 21, einen Pro filzapfen 31, Gruppen von drehmomentübertragenden Kugeln 41 sowie einen hülsenförmigen Kugelkäfig 42 umfaßt. Die Profil hülse 21 ist rechts mit einem ersten Anschlußteil, insbesonde re einer Rohrwelle, verbindbar. Der Profilzapfen 31 ist links mit einem zweiten Anschlußteil, insbesondere einem aufgescho benen Gelenkbauteil, verbindbar. Die aus Material von im we sentlichen gleicher Wandstärke bestehende Profilhülse bildet auf ihrer Innenseite erste längsverlaufende Kugelrillen 22 aus. Auf Seiten des ersten Anschlußteils ist die Profilhülse 21 zu einem ersten Zylinderansatz 23 erweitert, dessen Innen durchmesser größer ist als ein einhüllender Kreis um die Kugel 41 in ihrer bestimmungsgemäßen funktionsgerechten vom Käfig 42 gehaltenen Position. Der Kugelkäfig mit den Kugeln kann also von rechts durch den ersten Zylinderansatz 23 hindurch in den Bereich der ersten Kugelrillen 22 eingeschoben werden. Der Zy linderansatz 23 eignet sich zum stumpfen Anschweißen einer an schließenden Rohrwelle oder gegebenenfalls auch zum Einstecken einer Welle, die an den Ausläufen 24 der Kugelrillen anschla gen kann. In Richtung zum zweiten Anschlußstück hin weist die Profilhülse einen zweiten Zylinderansatz 25 auf, der im Innen durchmesser gegenüber dem Bereich der Kugelrillen 22 reduziert ist. Dieser Abschnitt erhöht die Formsteifigkeit der Profil hülse 21 am freien Ende. Es sei hier angemerkt, daß er auch in gleicher Weise wie der erste Zylinderansatz 23 gegenüber dem Rillenabschnitt vergrößert sein könnte. Damit wäre die Mög lichkeit der erleichterten Aufnahme von Dichtungsmitteln ge genüber dem Profilzapfen 31 gegeben. Der Profilzapfen 31 be steht ebenfalls aus Material von im wesentlichen gleichblei bender Wandstärke und bildet auf seiner Außenseite zweite Ku gelrillen 32. Der Profilzapfen 31 geht am Ende des Kugelril lenbereiches in einen Zylinderabschnitt 33 über, dessen Außen durchmesser mit einem einhüllenden Kreis um die zweiten Kugel rillen 32 übereinstimmt. Daran schließt sich ein Abschnitt 34 größerer Wandstärke mit einer Profilverzahnung 35 und einer Sicherungsnut 36 an, dessen Außendurchmesser den des Zylinder abschnitts 33 nicht überschreitet. Auf diese Weise kann der Profilzapfen 31 aus beiden Richtungen in die Profilhülse 21 eingesteckt werden. Am freien Ende des Kugelrillenbereiches ist der Querschnitt des Profilzapfens 31 gleichbleibend. Die Angabe, daß Profilhülse und Profilzapfen aus Material von im wesentlichen gleicher Wandstärke bestehen, betrifft in erster Linie die Längsabschnitte der ersten Kugelrillen 22 und zwei ten Kugelrillen 32. Näherungsweise gilt dies jedoch auch noch für die Zylinderansätze 23, 25 der Profilhülse und den Zylin derabschnitt 33, nicht jedoch für den Abschnitt 34 am Profil zapfen.

Ein geringer Unterschied zwischen den beiden Ausführungen der Fig. 1 und 2 besteht darin, daß aufgrund unterschiedlicher Durchmesser des zweiten Zylinderansatzes 25 in der ersten Aus führung nach Fig. 1 der Kugelkäfig 42 am Übergang zum zweiten Zylinderansatz 25 anschlagen wird, während in der zweiten Aus führung nach Fig. 2 die ersten Kugeln 41 an den Kugelrillen ausläufen 26 am Übergang zum zweiten Zylinderansatz 25 an schlagen werden.

In Fig. 3 ist die Profilhülse 21 nach Fig. 1 als Einzelheit dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugszif fern belegt. Auf die Beschreibung wird insoweit vollständig verwiesen.

In Fig. 4 ist die Profilhülse nach Fig. 3 im Querschnitt ge zeigt. Es wird eine im wesentlichen kreisrohrförmige Grundform mit daraus ausgeformten Kugelrillen 22 deutlich. Diese Quer schnittsform kann insbesondere durch Umformung aus einem ur sprünglich runden Rohr gleicher Wandstärke erzeugt werden, wo bei das Umformen durch längsgerichtetes Ziehen über einem Dorn oder durch umlaufendes Hämmern über einem Kern erzeugt werden kann. Die endgültige Wandstärke, jeweils gemessen senkrecht zu einer Tangente in jedem Oberflächenpunkt im Querschnitt (innen oder außen), soll im Bereich von ±15% bezogen auf einen mittleren Wert schwanken dürfen.

Fig. 5 zeigt eine Profilhülse 21' in geringfügig abgewandel ter Ausführungsform, die weitgehend mit der in Fig. 3 gezeig ten übereinstimmt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Be zugsziffern belegt. Auf die Beschreibung der Fig. 1 wird wie derum Bezug genommen. Im Bereich der ersten Kugelrillen 22 ist eine Armierung 27 erkennbar, die zur Bildung von verschleißfe sten Laufrillen dient. Die Armierung ist bevorzugt aus einer vor einem Umformprozeß in ein Kreisrohr eingeschobenen Hülse entstanden, die im Preßsitz eingepaßt war und gemeinsam mit dem Kreisrohr einem der vorstehend beschriebenen Umformprozes se unterzogen ist.

In Fig. 6 ist die Profilhülse 21' im Querschnitt erkennbar, wobei die Armierung 27 von im wesentlichen ebenfalls gleichmä ßiger Dicke erkennbar wird. Die Gesamtdicke jeweils wieder senkrecht zu Tangenten in jedem Oberflächenpunkt im Quer schnitt (außen oder innen) gemessen, soll auch hier im Bereich von ±15% um einen mittleren Wert variieren dürfen.

In Fig. 7 ist der Profilzapfen 31 der Einheit nach den Fig. 1 und 2 als Einzelheit dargestellt. Gleiche Einzelheiten sind mit gleichen Bezugsziffern belegt. Auf die Beschreibung der Fig. 1 und 2 wird verwiesen.

In Fig. 8 ist der Profilzapfen nach Fig. 7 im Querschnitt gezeigt. Es wird auch hier eine Grundform nach Art eines Kreisrohres deutlich, in der die einzelnen Kugelrillen 32 ein geformt sind. Auch hier ist die bevorzugte Herstellart ein Um formen eines Kreisrohres im Wege des Ziehens oder des Rundhäm merns. Die im Zusammenhang mit der Profilhülse beschriebene Wandstärkengleichheit soll auch hier im Bereich von ±15% um einen Mittelwert schwanken dürfen, jeweils senkrecht zum Wand verlauf gemessen, wie zuvor beschrieben.

Fig. 9 zeigt einen Profilzapfen 31' in geringfügig abge wandelter Ausführungsform, die weitgehend mit dem in Fig. 7 gezeigten übereinstimmt. Gleiche Einzelheiten sind mit glei chen Bezugsziffern belegt. Auf die Beschreibung der Fig. 7, 1 und 2 wird Bezug genommen. Im Bereich der zweiten Kugelril len 32 ist eine Armierung 37 erkennbar, die zur Bildung ver schleißfester Laufrillen dient. Die Armierung ist bevorzugt aus einer auf ein Kreisrohr aufgeschobenen Hülse entstanden, die im Preßsitz aufsaß und gemeinsam mit dem Kreisrohr einem Umformprozeß unterzogen worden ist.

In Fig. 10 ist der Profilzapfen 31' im Querschnitt erkennbar, wobei die Armierung 37 von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke sichtbar wird. Die Gesamtdicke jeweils wieder senkrecht zu Tangenten in jedem Oberflächenpunkt im Querschnitt (außen oder innen) gemessen, soll auch hier im Bereich von ±15% um einen mittleren Wert variieren dürfen.

Claims

1. Längsverschiebeeinheit (11) zur Drehmomentübertragung für eine Wellenanordnung, bestehend aus
einer außenliegenden Profilhülse (21) mit umfangsverteilt innenliegenden längsverlaufenden ersten Kugelrillen (22) zur Verbindung mit einem ersten Anschlußteil,
einem darin einliegenden Profilzapfen (31) mit umfangsver teilt außenliegenden längsverlaufenden zweiten Kugelrillen (32) zur Verbindung mit einem zweiten Anschlußteil,
Gruppen von Kugeln (41), die in Paaren von ersten und zweiten Kugelrillen (22, 32) angeordnet sind, und
einem hülsenförmigen Kugelkäfig (42), der im Ringraum zwi schen Profilhülse (21) und Profilzapfen (31) liegt und die Gruppen von Kugeln (41) in ihrer Lage relativ zueinander fixiert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Profilhülse (21) aus Material von im wesentlichen gleicher Wandstärke mit einer maximalen Abweichung von ±15% besteht und im Anschluß an die ersten Kugelrillen (22) zum ersten Anschlußteil hin einstückig in einen er sten Zylinderansatz (23) übergeht und im Anschluß an die ersten Kugelrillen (22) zum zweiten Anschlußteil hin ein stückig in einen zweiten Zylinderansatz (25) übergeht.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zylinderansatz (23) im Innendurchmesser grö ßer ist als ein einhüllender Kreis um die funktionsgerecht im Käfig (42) gehaltenen Kugeln (41).

3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinderansatz (25) im Innendurchmesser kleiner ist als ein einhüllender Kreis um die funktionsge recht im Käfig (42) gehaltenen Kugeln (41).

4. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinderansatz (25) nur unwesentlich größer ist als ein einhüllender Kreis um den Profilzapfenquer schnitt.

5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilzapfen (31) als Hohlzapfen hergestellt ist.

6. Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilzapfen (31) aus Material von im wesentlichen gleicher Wandstärke mit einer maximalen Abweichung von ± 15% hergestellt ist.

7. Einheit nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilzapfen (31) im Anschluß an die zweiten Ku gelrillen (32) zum zweiten Anschlußteil hin einstückig in einen Zylinderabschnitt (33) übergeht.

8. Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderabschnitt (33) im Außendurchmesser etwa gleich groß ist wie ein einhüllender Kreis um den Profil zapfenquerschnitt.

9. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilhülse (21) aus zweilagigem Material mit ei ner Armierung (27) großer Verschleißfestigkeit für die ersten Ku gelrillen (22) besteht.

10. Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilzapfen (31) aus zweilagigem Material mit ei ner Armierung (27) großer Verschleißfestigkeit für die zweiten Ku gelrillen (32) besteht.