DE102006029784A1

DE102006029784A1 - Wellenkomponente mit Längsausgleich

Info

Publication number: DE102006029784A1
Application number: DE200610029784
Authority: DE
Inventors: Anita Gransow; Ludwig Edelmann; Erwin Jeschka; Christian Genheimer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Wellenkomponente (1) mit Längsausgleich hat ein inneres und ein äußeres Wellenteil (3, 4), wobei die beiden Wellenteile (3, 4) in einer axialen Richtung (2) gegeneinander verschiebbar und mittels einer ein Drehmoment übertragenden Verbindung miteinander gekoppelt sind. Das äußere Wellenteil (4) hat einen hohlzylindrischen ersten Kopplungsabschnitt (5) mit einem Innenmantel (6), an dem in axialer Richtung (2) verlaufende Profilschienen (8) vorgesehen sind. Am inneren Wellenteil (3) sind an einem in den hohlzylindrischen Kopplungsabschnitt (5) des äußeren Wellenteils (4) eingreifenden zweiten Kopplungsabschnitt (12) Schlitten (13) vorgesehen, die jeweils mittels eines Zustellkeils (16) am inneren Wellenteil (3) befestigt und mittels Wälzkörpern längs einer der Profilschienen (8) verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere drehbare Wellenkomponente mit Längsausgleich umfassend ein inneres und ein äußeres Wellenteil. Die beiden Wellenteile sind in einer axialen Richtung gegeneinander verschiebbar und mittels einer ein Drehmoment übertragenden Verbindung miteinander gekoppelt.
Eine derartige Wellenkomponente kommt beispielsweise bei einer Antriebswelle zum Einsatz. Sie kann insbesondere Bestandteil einer Gelenkwelle sein, die z.B. zur Kraftübertragung auf die Treibräder einer Lokomotive verwendet wird. Neben der Drehmomentübertragung ist hierbei auch eine lineare Ausgleichsmöglichkeit in Längsrichtung, also in Richtung der Drehachse, erforderlich.
Bei bekannten Wellenkomponenten erfolgt der Längsausgleich mittels drehbar am inneren Wellenteil gelagerten Laufrollen. Letztere rollen auf Laufflächen, die an einer Innenwand des äußeren Wellenteils vorgesehen sind. An der Innenseite des äußeren Wellenteils sind Längsnuten eingebracht, deren Nutseitenwände die Laufflächen bilden. Um die Funktionsfähigkeit, insbe sondere die Drehmomentübertragung, sicherzustellen, müssen die Längsnuten sehr präzise in das Rohrstück des äußeren Wellenteils eingebracht werden. Dies ist mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden. Außerdem ist eine relativ dicke Wand für das äußere Wellenteil erforderlich, um die Laufrollen in den Längsnuten aufnehmen zu können. Die dicke Wand führt zu einem kostenträchtigen hohen Materialbedarf und darüber hinaus zu einem hohen Gewicht der Wellenkomponente.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Wellenkomponente der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die sich kostengünstiger herstellen lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Wellenkomponente entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Wellenkomponente umfasst beispielsweise das äußere Wellenteil einen im Wesentlichen hohlzylindrischen ersten Kopplungsabschnitt mit einem Innenmantel, an dem in axialer Richtung verlaufende Profilschienen vorgesehen sind, und am inneren Wellenteil sind an einem in den hohlzylindrischen Kopplungsabschnitt des äußeren Wellenteils eingreifenden zweiten Kopplungsabschnitt Schlitten vorgesehen, die jeweils mittels eines Zustellkeils am inneren Wellenteil befestigt sind und jeweils mittels Wälzkörpern längs einer der Profilschienen verschiebbar sind.
Die erfindungsgemäße Wellenkomponente kommt also ohne die nur mit sehr hohem Aufwand herzustellenden Längsnuten in der Innenwand des äußeren Wellenteils aus. Dadurch kann eine dünnere Wandstärke verwendet werden. Dies senkt den Materialbedarf und damit auch die Fertigungskosten. Weiterhin sind deutlich niedrigere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit zu erfüllen. Etwaige Fertigungsschwankungen lassen sich problemlos mittels der Zustellkeile ausgleichen. Auch dies senkt den Herstellungsaufwand. Insbesondere ist durch die Keilform eine Position der Schlitten in Radialrichtung einstellbar, so dass mit Vorteil in Durchmesserrichtung ausgeglichen werden kann. Letztendlich ist damit mit Vorteil sogar ein Auswuchten der gesamten Wellenkomponente durchführbar, da damit auch eine Schwerpunktlage radial veränderbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wellenkomponente ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Günstig ist eine Variante, bei der die Profilschienen gesonderte Bauteile sind, die insbesondere mittels einer geeigneten Verbindung, wie z.B. einer Schraubverbindung, am entsprechenden Mantel befestigt sind. Diese Variante lässt sich leichter herstellen als eine grundsätzlich ebenfalls mögliche Ausführungsform, bei der die Profilschienen einstückig, beispielsweise an das äußere Wellenteil angeformt sind.
Weiterhin können beispielsweise am äußeren Wellenteil vorzugsweise drei Profilschienen und am inneren Wellenteil vorzugsweise drei Schlitten vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Dadurch ergibt sich ein guter Kompromiss zwischen einer gewünschten sicheren Drehmomentübertragung sowie einer guten Führung bei der Längsverschiebung einerseits und einem vertretbaren Herstellungsaufwand andererseits.
Gemäß einer anderen günstigen Variante weisen die Profilschienen an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten jeweils wenigstens eine Lauffläche auf, an denen die Wälzkörper entlang laufen. So resultiert eine besonders vorteilhafte Führung und außerdem ist eine Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen möglich. In weiteren Ausführungen können weitere Laufflächen vorgesehen sein.
Vorzugsweise weisen außerdem die Längsseiten in dem Bereich, in dem die Wälzkörper laufen, eine in Längsrichtung verlaufende Vertiefung auf. Insbesondere ist deren Kontur an die Form der Wälzkörper angepasst. Auch diese Maßnahme verbessert die Führung.
Bei einer anderen günstigen Ausgestaltung sind die Schlitten jeweils im Wesentlichen U-profiliert und weisen zwei U-Schenkel auf, mit denen sie die Profilschienen umgreifen. Es ergibt sich ein mechanisch besonders stabiler Aufbau.
Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der der Zustellkeil kalottenförmig mit einer ebenen unteren Keilanlagefläche und einer größtenteils gewölbten oberen Keilanlagefläche ausgebildet ist. Die Kalottenform ist günstig hinsichtlich einer Aufnahme und/oder Übertragung tangentialer Kraftkomponenten, die insbesondere bei der Drehmomentübertragung auftreten. Weiterhin sind mit der Kalottenform mit Vorteil auch Fertigungsschwankungen oder Fertigungsunterschiede betreffend eine Verteilung der Schlitten in Umfangsrichtung, also beispielsweise die 120°-Teilung bei drei Schlitten, eliminierbar.
Außerdem kann an einer Wellenstirnseite, beispielsweise des inneren Wellenteils für jeden Zustellkeil vorzugsweise eine Positionierschraube vorgesehen sein, mittels derer eine Einschublänge des Zustellkeils zwischen dem inneren Wellenteil und dem zugehörigen Schlitten einstellbar ist. Dadurch lassen sich Fertigungstoleranzen beim Zusammenbau besonders einfach ausgleichen. Je nach aktuellen Bauteilabmessungen wird der Zustellkeil mittels der Positionierschraube mehr oder weniger weit zwischen das innere Wellenteil und den Schlitten eingeschoben. Die Positionierschraube dient außerdem auch der Fixierung des Zustellkeils. Sie verhindert, dass der Zustellkeil während des Betriebs versehentlich aus seiner während der Endmontage eingestellten Position rutscht.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Wellenkomponente mit Längsausgleich in teilmontiertem Zustand und perspektivischer Ansicht,
2 ein inneres Wellenteil der Wellenkomponente gemäß 1 sowie an einem äußeren Wellenteil der Wellenkomponente gemäß
1 zu befestigende Profilschienen in teilmontiertem Zustand und perspektivischer Ansicht,
3 die Wellenkomponente gemäß 1 im montierten Zustand und in einer Frontansicht, und
4 die Wellenkomponente gemäß 1 im montierten Zustand und in einem Längsschnitt.
Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Wellenkomponente 1 mit Längsausgleich in unterschiedlichem Montagezustand und in unterschiedlicher Sicht gezeigt. Die Wellenkomponente 1 ist um eine Drehachse 2 dreh bar. Sie enthält als Hauptkomponenten ein inneres und ein äußeres Wellenteil 3 bzw. 4, wobei im Ausführungsbeispiel gemäß 1 von dem äußeren Wellenteil 4 nur ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Kopplungsabschnitt 5 gezeigt ist.
Der hohlzylindrische Kopplungsabschnitt 5 ist an einem Innenmantel 6 mit drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten, also jeweils um 120° gegeneinander versetzten, Längsausnehmungen 7 versehen. Letztere dienen zur Aufnahme von drei in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse 2 verlaufenden Profilschienen 8. Die Profilschienen 8 sind tailliert. Sie haben an zwei einander gegenüber liegenden Längsseiten 9 und 10 jeweils eine in Längsrichtung verlaufende Vertiefung 11. Zumindest die profilierten Bereiche mit den Vertiefungen 11 stehen auch im montierten Zustand der Profilschienen 8 über die ansonsten zylindrische Umfangsfläche des Innenmantels 6 radial nach innen vor. Die Profilschienen 8 sind an die Innenseite des äußeren Wellenteils 4 angeschraubt.
Das innere Wellenteil 3 greift im montierten Zustand mit einem Kopplungsabschnitt 12 in den hohlzylindrischen Kopplungsabschnitt 5 des äußeren Wellenteils 4 ein. Beide Wellenteile 3 und 4 sind axial gegeneinander verschiebbar, wobei die Kopplung zwischen beiden Wellenteilen 3 und 4 so ausgelegt ist, dass in beiden Drehrichtungen ein Drehmoment übertragen werden kann. Diese Kopplung erfolgt mittels der am äußeren Wellenteil 4 montierten Profilschienen 8 und am inneren Wellenteil 3 im Kopplungsabschnitt 12 angeschraubten, für einen endlosen Wälzkörperumlauf hergerichteten Schlitten 13.
Jeder Profilschiene 8 ist einer der drei Schlitten 13 zugeordnet. Die Schlitten 13 sind U-profiliert. Sie haben insbesondere jeweils zwei seitliche U-Schenkel 14, mit denen sie die Profilschienen 8 umgreifen. An den Innen wänden der U-Schenkel 14 sind in den 1 bis 4 nicht näher ersichtliche Wälzkörper geführt, die an den mit den Vertiefungen 11 versehenen Längsseiten 9 und 10 der Profilschienen 8 entlang laufen. An den Längsseiten 9 und 10 sind sich axial erstreckende Laufflächen für die Wälzkörper vorgesehen. An den axialen Stirnseiten haben die Schlitten 13 jeweils Abschlusselemente 15, die die Wälzkörper für einen Wälzkörperumlauf innerhalb des Schlittens 13 in an sich bekannter Weise umlenken.
Jeder der Schlitten 13 ist mittels eines kalottenförmigen Zustellkeils 16 an einer abgeflachten Schlittenmontagefläche 17 des inneren Wellenteils 3 angebracht. Zur Anpassung an die Kalottenform des Zustellkeils 16 ist die Unterseite, also die von der zugehörigen Profilschiene 8 abgewandte Seite des Schlittens 13 gewölbt ausgebildet. Jeder Zustellkeil 16 hat eine ebene untere Keilanlagefläche 18 und eine zumindest an den Flanken gewölbte obere Keilanlagefläche 19. Letztere ist gegenüber der unteren Keilanlagefläche 18 leicht geneigt, wodurch sich die typische Keilwirkung ergibt.
Außerdem weisen die Zustellkeile 16 jeweils zwei durchgehende Langlöcher 20 auf, durch die Befestigungsschrauben 21 des Schlittens 13 hindurchgeführt sind. Die Langlöcher 20 bieten ein Spiel für eine axial in gewissem Umfang variable Positionierung des Zustellkeils 13 zwischen der Unterseite des Schlittens 13 und der Schlittenmontagefläche 17. Die genaue axiale Positionierung des Zustellkeils 16 erfolgt anhand einer Positionierschraube 22, die an einer Wellenstirnseite 23 des inneren Wellenteils 3 vorgesehen ist. Die Einschublänge des Zustellkeils 13 zwischen dem inneren Wellenteil 3 und dem zugehörigen Schlitten 13 richtet sich danach, wie weit diese Positionierschraube 22 eingeschraubt ist. Für jeden Zustellkeil 16 ist eine gesonderte Positionierschraube 22 vorgesehen.
Damit lassen sich Fertigungsungenauigkeiten bei der Montage ausgleichen, sodass zwischen den Profilschienen 8 und den Schlitten 13 immer eine gute Längsführung und eine gute Kraftübertragung in Umfangsrichtung gewährleistet sind. Aufwändige mechanische Nachbearbeitungen der Teilkomponenten sind also nicht erforderlich.
Für eine besonders hohe Tragfähigkeit sind die Wälzkörper als Rollen, gegebenenfalls in Kreuzrollentechnik ausgebildet. Für eine besondere Laufruhe können ferner die einzelnen Wälzkörper durch Trennelemente, insbesondere aus Kunststoff, in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordnet sein, wobei die Trennelemente auch zu einer, insbesondere in sich nicht geschlossenen Kette verbunden sein können.

1: Wellenkomponente
2: Drehachse
3, 4: Wellenteil
5, 12: Kopplungsabschnitt
6: Innenmantel
7: Längsausnehmung
8: Profilschienen
9, 10: Längsseiten
11: Vertiefung
13: Schlitten
14: U-Schenkel
15: Abschlusselemente
16: kalottenförmiger Zustellkreis
17: Schlittenmontagefläche
18: untere Keilanlagefläche
19: obere Keilanlagefläche
20: Langloch
21: Befestigungsschraube
22: Positionierschraube
23: Wellenstirnseite

Claims

Wellenkomponente mit Längsausgleich, umfassend ein äußeres Wellenteil (4) mit einem ersten Kopplungsabschnitt (5) mit einem Innenmantel (6) und ein inneres Wellenteil (3) mit einem zweiten Kopplungsabschnitt (12) mit einem Außenmantel, wobei die beiden Wellenteile (3, 4) in einer axialen Richtung (2) gegeneinander verschiebbar sind und im Bereich der Kopplungsabschnitte (5, 12) mittels einer ein Drehmoment übertragenden Verbindung miteinander gekoppelt sind, wobei an einem der Mantel (6) Profilschienen (8) vorgesehen sind, und am anderen der Mantel (6) Schlitten (13) vorgesehen sind, die jeweils mittels eines Zustellkeils (16) am entsprechenden Wellenteil (3, 4) befestigt sind und jeweils mittels Wälzkörpern längs einer der Profilschienen (8) verschiebbar sind.
Wellenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Profilschienen (8) gesonderte Bauteile sind, die am entsprechenden Mantel (6) befestigt sind.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei an einem der Wellenteile (3, 4) drei Profilschienen (8) und am anderen der Wellenteile (3, 4) drei Schlitten (13) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Profilschienen (8) an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten (9, 10) jeweils wenigstens eine Lauffläche aufweisen, an denen die Wälzkörper entlang laufen.
Wellenkomponente nach Anspruch 4, wobei die Längsseiten (9, 10) in dem Bereich, in dem die Wälzkörper laufen, eine in Längsrichtung (2) verlaufende Vertiefung (11) aufweisen.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schlitten (13) jeweils U-profiliert sind und zwei U-Schenkel (14) aufweisen, mit denen sie die Profilschienen (8) umgreifen.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Zustellkeil (13) kalottenförmig mit einer ebenen unteren Keilanlagefläche (18) und einer größtenteils gewölbten oberen Keilanlagefläche (19) ausgebildet ist.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei an einer Wellenstirnseite (23) des entsprechenden Wellenteils (3, 4) für jeden Zustellkeil (13) eine Positionierschraube (22) vorgesehen ist, mittels derer eine Einschublänge des Zustellkeils (13) zwischen dem Wellenteil (3, 4) und dem zugehörigen Schlitten (13) einstellbar ist.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wälzkörper in den Schlitten (13) endlos umlaufend geführt sind.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wälzkörper als Kugeln, Rollen oder in Kreuzrollentechnik ausgebildet sind.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zwischen den Wälzkörpern Trennelemente angeordnet sind.
Wellenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Wälzkörper in einer in sich nicht geschlossenen Kette angeordnet sind.