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Die Erfindung betrifft eine Gelenkwellenanordnung mit einer Längsverschiebeeinheit zur Übertragung von Drehmomenten, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Gelenkwellenanordnungen der genannten Art kommen beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit vorne liegendem Motor und angetriebener Hinterachse oder bei mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz.
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Aus der
DE 10 2005 039 470 A1 ist eine mehrteilige Gelenkwellenanordnung bekannt, die einen ersten Wellenabschnitt mit einem ersten Wellenrohr und einen zweiten Wellenabschnitt mit einem zweiten Wellenrohr und einer hiermit mittels einer Längsverschiebeeinheit verbundenen Wellenzapfen umfasst. Der Wellenzapfen ist mittels eines Zwischenlagers an der Fahrzeug-Karosserie gelagert und endseitig über ein Zwischengelenk mit dem Wellenrohr des ersten Wellenabschnitts verbunden. Das Zwischengelenk ist mittels einer Dichtungsanordnung abgedichtet, die radial außen einen mit dem Gelenkinnenteil verbundenen zylindrischen Trägerabschnitt sowie einen hieran anschließenden Rollbalg aufweist, der mit einem inneren Bund auf dem Wellenzapfen befestigt ist.
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Aus der
DE 10 2006 045 760 A1 ist eine Gelenkwelle mit zwei Rollverschiebeinheiten bekannt. Die Gelenkwelle umfasst zwei Wellenabschnitte, die über ein mittleres Gleichlauffestgelenk drehfest miteinander verbunden sind. An den äußeren Enden der zwei Wellenabschnitte ist jeweils ein äußeres Gleichlauffestgelenk angeordnet. Nach einer Ausführungsform ist die erste Rollverschiebeeinheit zwischen einem der beiden äußeren Gleichlauffestgelenke und dem hiermit verbundenen einen Wellenabschnitt vorgesehen. Die zweite Rollverschiebeeinheit ist zwischen dem mittleren Gleichlauffestgelenk und dem anderen Wellenabschnitt angeordnet.
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Aus der
DE 198 31 016 A1 ist eine Gelenkwellenanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt zur Verbindung des frontseitigen Getriebeausgangs mit dem Getriebeeingang des heckseitigen Achsgetriebes. Die Gelenkwellenanordnung umfasst zwei Wellenabschnitte, die über ein erstes Gelenk miteinander verbunden sind, sowie an den entgegengesetzten Enden der beiden Wellenabschnitte jeweils ein weiteres Gelenk. Alle Gelenke sind als Gleichlauffestgelenke gestaltet. An den äußeren Gelenken ist jeweils ein Schiebelement vorgesehen, das als Wälzkörperführung gestaltet ist.
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Aus der
DE 10 2005 036 789 B4 ist eine Antriebsanordnung einer Gelenkwelle bekannt mit einem Zwischenlager, einem Gleichlaufdrehgelenk und einem Wellenzapfen, der in dem Zwischenlager drehbar gelagert ist und der mit dem Gelenkinnenteil des Gleichlaufdrehgelenks drehfest verbunden ist. Der Wellenzapfen hat eine verhältnismäßig geringe Länge, so dass die Biegeeigenfrequenzen der Gelenkwelle erhöht und die Schwingungen am Zwischenlager vermindert sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwellenanordnung mit einer Längsverschiebeeinheit vorzuschlagen, wobei die Gelenkwellenanordnung große Verschiebewege ermöglichen soll, wobei die Längsverschiebeeinheit jedoch einen möglichst geringen Einfluss auf die Biegesteifigkeit der Gelenkwellenanordnung haben soll.
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Die Lösung besteht in einer mehrteiligen Gelenkwellenanordnung mit genau einer Längsverschiebeeinheit, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Wellenabschnitt mit einem ersten Wellenrohr; einen zweiten Wellenabschnitt mit einem zweiten Wellenrohr und mit einem Wellenzapfen, wobei das zweite Wellenrohr gegenüber dem Wellenzapfen mittels der Längsverschiebeeinheit drehfest und axial verschiebbar verbunden ist; ein Gleichlauffestgelenk mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil sowie drehmomentübertragenden Kugeln die in äußeren und inneren Kugelbahnen zur Drehmomentübertragung zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil angeordnet sind, wobei das Gelenkaußenteil mit dem ersten Wellenrohr des ersten Wellenabschnitts fest verbunden ist, und wobei das Gelenkinnenteil mit dem Wellenzapfen des zweiten Wellenabschnitts fest verbunden ist; und ein Zwischenlager, in dem der Wellenzapfen um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das Zwischenlager zwischen dem Gleichlauffestgelenk und der Längsverschiebeeinheit angeordnet ist, und wobei das Verhältnis des ersten axialen Abstands zwischen der Gelenkmitte des Gleichlauffestgelenks und der Lagermitte des Zwischenlagers einerseits zum Durchmesser des Wellenzapfens im Bereich des Lagersitzes für das Zwischenlager andererseits kleiner als 2,0 ist.
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Die erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung kann zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, und zwar insbesondere als Längsantriebswelle eines heckgetriebenen Kraftfahrzeugs mit Frontmotor oder eines mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeugs. Dabei wird ein vorderes Ende der Welle mit einem vorderen Getriebeausgang verbunden, insbesondere eines Schaltgetriebes oder eines Winkeltriebs, während ein hinteres Ende der Welle mit einem hinteren Getriebeeingang verbunden wird, insbesondere eines Hinterachsdifferentials. Das Zwischenlager dient zur Lagerung bzw. Aufhängung der Gelenkwellenanordnung an einem ortsfesten Bauteil, insbesondere der Fahrzeugkarosserie.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Gelenkwellenanordnung besteht darin, dass der Wellenzapfen, welcher das erste Wellenrohr mit dem zweiten Wellenrohr verbindet, in organischer Einheit mit der Längsverschiebeeinheit einerseits und mit dem Gleichlauffestgelenk andererseits ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Wellenzapfen mit einem ersten Ende mit dem Gelenkinnenteil drehfest verbunden bzw. in dieses eingesteckt ist und mit einem zweiten Ende in das zweite Wellenrohr eingeführt ist. Es ergibt sich folglich nur eine geringe Anzahl von Durchmessersprüngen über der Länge der Gelenkwellenanordnung.
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Durch die Lagerung des Wellenzapfens, der mit der Profilnabe der Längsverschiebeeinheit fest verbunden ist, in dem Zwischenlager wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Masse der Längsverschiebeeinheit verhältnismäßig nah am Zwischenlager angeordnet ist. Das Zwischenlager bildet hinsichtlich des Schwingungsverhaltens der Gelenkwellenanordnung bei Betrieb einen Schwingungsknoten. Insofern hat die Masse der Längsverschiebeeinheit bei Rotation der Welle nur einen geringen Einfluss auf die Biegesteifigkeit der Welle. Außerdem wird dadurch, dass die Längsverschiebeeinheit und das Gleichlauffestgelenk auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf das Zwischenlager angeordnet sind, eine gute Masseverteilung im Bereich des Zwischenlagers erreicht. Insgesamt wird mit den genannten Merkmalen eine Gelenkwellenanordnung mit Längsverschiebeeinheit zur Verfügung gestellt, die eine hohe Steifigkeit hat beziehungsweise bei der die Längsverschiebeeinheit nur einen geringen Einfluss auf die Biegesteifigkeit der Gelenkwellenanordnung hat. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gelenkwellenanordnung auf einfache Weise auf die Anforderungen an eine crashfähige Ausgestaltung angepasst werden kann.
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Die Längsverschiebeeinheit umfasst vorzugsweise eine Profilhülse mit mehreren umfangsverteilten längsverlaufenden ersten Kugelrillen, eine Profilnabe mit mehreren umfangsverteilten längsverlaufenden zweiten Kugelrillen und mehreren Gruppen von drehmomentübertragenden Kugeln, wobei die Gruppen von drehmomentübertragenden Kugeln jeweils in einem Rillenpaar aus einer ersten Kugelrille und einer zweiten Kugelrille angeordnet sind. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Profilnabe mit dem Wellenzapfen fest verbunden, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Zur Erreichung einer geringen Masse ist es günstig, wenn der Wellenzapfen, bzw. die Einheit aus Wellenzapfen und Profilnabe, in Form eines Hohlkörpers gestaltet ist. Damit wird der Einfluss des Wellenzapfens auf die Biegesteifigkeit der Gelenkwelle nochmals reduziert und es ergibt sich insgesamt ein günstiges Masse-Steifigkeits-Verhältnis. Die Profilhülse der Längsverschiebeeinheit ist mit dem zweiten Wellenrohr fest verbunden ist. Dabei kommt vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung in Frage, wie Schweißen. Es sind jedoch auch andere geläufige Verbindungsmöglichkeiten denkbar, oder, dass die Profilhülse und das zweite Wellenrohr einteilig hergestellt werden.
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Je kompakter die Mitteleinheit ausgestaltet ist, welche die Längsverschiebeeinheit, das Mittellager und das Gleichlauffestgelenk umfasst, desto günstiger lassen sich die Wellenrohre an diese Mitteleinheit schwingungstechnisch anbinden. Hieraus ergibt sich eine erhöhte Biegesteifigkeit der Wellenrohre, wodurch eine höhere kritische Drehzahl der Gelenkwelle erreicht wird. Eine besonders günstige Masseverteilung um das Zwischenlager und damit eine hohe Steifigkeit der Gelenkwelle wird dadurch erreicht, dass ein erster axialer Abstand (L1) zwischen der Gelenkmitte (M1) des Gleichlauffestgelenks und der Lagermitte (M2) des Zwischenlagers kleiner ist, als ein zweiter axialer Abstand (L2) zwischen der Lagermitte (M2) des Zwischenlagers und einem Rillenauslauf der Kugelrillen der Profilnabe. Zwischen der Lagermitte (M2) des Zwischenlagers und der Mitte (M3) der Verschiebeeinheit ist ein dritter axialer Abstand (L3) definiert, wobei das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand (L1) und dem dritten axialen Abstand (L3) vorzugsweise kleiner als 3,5, insbesondere kleiner als 3,2 ist. Unter Mitte der Verschiebeeinheit ist in diesem Zusammenhang die Mitte der Käfig-Einheit gemeint, die zwischen der Profilnabe und der Profilhülse angeordnet ist, und zwar wenn diese zumindest etwa mittig zwischen den beiden Endanschlägen der Längsverschiebeeinheit angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist das Verhältnis des ersten axialen Abstands (L1) zwischen der Gelenkmitte (M1) des Gleichlauffestgelenks und der Lagermitte (M2) des Zwischenlagers einerseits zum Durchmesser (D2) des Wellenzapfens im Bereich des Lagersitzes für das Zwischenlager andererseits kleiner als 2,0, insbesondere kleiner 1,6. Hiermit wird erreicht, dass die Zapfenlänge zwischen dem Zwischenlager und dem Gleichlauffestgelenk besonders kurz ist, was sich wiederum günstig auf die Steifigkeit der Welle auswirkt. Je näher nämlich das Gleichlauffestgelenk am Zwischenlager angeordnet ist, desto geringer ist der Einfluss der Gelenkmasse auf die Biegesteifigkeit der Welle, d. h. desto größer ist die Gesamtsteifigkeit der Welle.
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Es ist weiter günstig, wenn das Verhältnis des dritten axialen Abstands (L3) zwischen der Lagermitte (M2) des Zwischenlagers und der Mitte (M3) der Verschiebeeinheit einerseits zum Durchmesser (D2) des Wellenzapfens im Bereich des Lagersitzes für das Zwischenlager andererseits kleiner als 5,5, insbesondere kleiner 5,0 ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Längsverschiebeeinheit verhältnismäßig nah an dem Zwischenlager angeordnet ist, so dass der Einfluss der Masse der Längsverschiebeeinheit auf die Biegesteifigkeit der Welle nochmals verringert ist, und die Verbindungsrohre möglichst steif, weil rohrförmig, ausgestaltet werden können.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Innendurchmesser des ersten Wellenrohres und der Außendurchmesser des zweiten Wellenabschnitts so gestaltet, dass der zweite Wellenabschnitt in das erste Wellenrohr zumindest teilweise hineinbewegbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Gelenkwellenanordnung crashfähig ist, das heißt ein unfallbedingtes Verkürzen der Welle ermöglicht wird. Hierfür ist insbesondere vorgesehen, dass das benachbart zum Zwischenlager angeordnete Gleichlauffestgelenk als Sollbruchstelle ausgelegt ist. Bei Einwirken von hohen Axialkräften auf die Welle, wie sie beispielsweise bei einem Frontalaufprall entstehen können, wird das Gelenk zerstört und der zweite Wellenabschnitt kann, geführt durch das Gelenkaußenteil des gebrochenen Gelenks, teleskopartig in das erste Wellenrohr des ersten Wellenabschnitts eingeschoben werden. Durch das Zerstören des Gelenks ist die Gelenkfunktion aufgehoben, so dass ein Ausknicken der Welle verhindert wird. Das Ineinanderfahren der beiden Wellenabschnitte erfolgt nach dem Zerstören des Gelenks weitestgehend kraftfrei.
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Für das Ineinanderschieben des ersten und zweiten Wellenabschnitts ist insbesondere vorgesehen, dass ein kleinster Innendurchmesser des ersten Wellenrohres, und zwar zumindest in dem Bereich des ersten Wellenrohres, der benachbart zum Gleichlauffestgelenk angeordnet ist, größer ist als ein größter Außendurchmesser des zweiten Wellenabschnitts, und zwar zumindest im Bereich der Profilhülse. Diese Ausgestaltung bezüglich der Innendurchmesser beziehungsweise Außendurchmesser der ineinanderschiebbaren Wellenabschnitte kann beispielsweise über eine Länge von zumindest einem Drittel oder der Hälfte des jeweiligen Rohrabschnitts verwirklicht sein.
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Vorzugsweise ist für eine Teleskopierbarkeit der Gelenkwellenanordnung im Crash-Fall weiter vorgesehen, dass zumindest der Außendurchmesser des Lagerinnenrings des Zwischenlagers, insbesondere auch der Außendurchmesser des Lageraußenrings des Zwischenlagers, kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des Gelenkaußenteils und der kleinste Innendurchmesser des ersten Wellenrohrs, und zwar zumindest in dem Bereich des ersten Wellenrohrs, der benachbart zum Gleichlauffestgelenk angeordnet ist und als Einschubweg für die Teleskopierbarkeit vorgehalten werden soll.
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Es ist für ein unfallbedingtes Verkürzen der Welle weiter günstig, wenn der Außendurchmesser des Wellenzapfens und der Innendurchmesser des ersten Wellenrohres so gestaltet sind, dass der Wellenzapfen in das erste Wellenrohr zumindest teilweise axial hineinbewegbar ist. Hierfür ist ein größter Außendurchmesser des Wellenzapfens kleiner als ein kleinster Innendurchmesser des ersten Wellenrohres, zumindest in dem Bereich des ersten Wellenrohrs, der benachbart zum Gleichlauffestgelenk angeordnet ist. Außerdem ist es günstig, wenn der größte Außendurchmesser des Wellenzapfens auch kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des zweiten Wellenrohres, zumindest in dem Bereich des zweiten Wellenrohres, der an die Profilhülse anschließt. So kann sich der Wellenzapfen bei einem unfallbedingten Verkürzen der Gelenkwelle in beide anschließenden Rohrabschnitte einschieben.
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Ein besonders geringer axialer Abstand zwischen dem Mittellager und dem Gleichlauffestgelenk wird dadurch erreicht, dass der Gelenkraum mittels eines Membranbalgs abgedichtet ist. Der Membranbalg nimmt nämlich nur einen sehr geringen axialen Bauraum in Anspruch.
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Zum Abdichten der Längsverschiebeeinheit ist vorzugsweise ein Faltenbalg vorgesehen. Der Faltenbalg umfasst einen ersten Bund, der auf dem Wellenzapfen festgelegt ist, einen zweiten Bund, der mit der Profilhülse fest verbunden ist, sowie einem Balgabschnitt, der zwischen dem ersten Bund und dem zweiten Bund angeordnet ist. Der Balgabschnitt weist eine Mehrzahl von Falten auf, die ein axiales Verkürzen des Faltenbalgs beim axialen Aus- bzw. Einfahren der Längsverschiebeeinheit ermöglichen. Der größte Durchmesser des Faltenbalgs ist kleiner als der Innendurchmesser des ersten Wellenrohrs, so dass der Faltenbalg bei einem Unfall gemeinsam mit dem Wellenzapfen in das erste Wellenrohr einführbar ist.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gelenkwellenanordnung ferner an den außenliegenden Enden ein erstes Gleichlaufdrehgelenk sowie ein zweites Gleichlaufdrehgelenk. Die beiden endseitigen Gleichlaufdrehgelenke dienen zum drehfesten Verbinden der Gelenkwellenanordnung mit einem vorderen Getriebe, beispielsweise einem Winkeltrieb oder einem Schaltgetriebe, und mit einem hinteren Getriebe, insbesondere einem Hinterachsdifferential. Hierfür weist der erste Wellenabschnitt ein endseitiges erstes Gleichlaufdrehgelenk auf, das an dem zum mittleren Gleichlauffestgelenk entfernten Ende mit dem ersten Wellenrohr fest verbunden ist, und der zweite Wellenabschnitt weist ein endseitiges zweites Gleichlaufdrehgelenk auf, das an dem zum mittleren Gleichlauffestgelenk entfernten Ende mit dem zweiten Wellenrohr fest verbunden ist. Vorzugsweise ist zumindest eines der beiden ersten und zweiten Gleichlaufdrehgelenke in Form eines Festgelenks gestaltet, insbesondere das dem zweiten Wellenabschnitt zugeordnete Gelenk. Das am Ende des ersten Wellenabschnitts vorgesehene Gleichlaufdrehgelenk kann als Festgelenk oder Verschiebegelenk, beispielsweise als VL-Gelenk, gestaltet sein.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Längsverschiebeeinheit so gestaltet, dass deren maximaler axialer Verschiebeweg größer ist als der kleinste Montageverschiebeweg des ersten bzw. zweiten endseitigen Gleichlaufdrehgelenks.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung in einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt;
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2 einen mittleren Abschnitt der Gelenkwellenanordnung nach 1 in vergrößerter Darstellung; und
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3 eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung in einer zweiten Ausführungsform im Längsschnitt;
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4 einen mittleren Abschnitt der Gelenkwellenanordnung nach 3 in vergrößerter Darstellung;
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5 eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung in einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt und
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6 eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung in einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt.
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In den 1 und 2, die im folgenden gemeinsam beschrieben werden, ist eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung 2 dargestellt. Die Gelenkwellenanordnung 2 dient insbesondere als Längsantriebswelle in einem Kraftfahrzeug zwischen einer Motor-Getriebe-Einheit und einer Antriebsachse, die hier nicht dargestellt sind. Die Gelenkwellenanordnung 2 umfasst einen ersten Wellenabschnitt 3 und einen zweiten Wellenabschnitt 4, welche mittels eines Gleichlauffestgelenks 5 als mittleres Gelenk miteinander verbunden sind. Der erste Wellenabschnitt 3 umfasst ein erstes Wellenrohr 6 sowie ein endseitiges erstes Gleichlaufdrehgelenk 7.
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Das erste Gleichlaufdrehgelenk 7 ist in Form eines Festgelenks gestaltet, und zwar insbesondere in Form eines Gegenbahngelenks. Das Gleichlaufdrehgelenk 7 umfasst ein Gelenkaußenteil 8, das fest mit dem ersten Wellenrohr 6 verbunden ist, beispielsweise mittels Schweißen, sowie ein Gelenkinnenteil 9, sowie in Kugelbahnen zwischen dem Gelenkaußenteil 8 und dem Gelenkinnenteil 9 aufgenommenen drehmomentübertragenden Kugeln 10. Das Gelenkinnenteil 9 hat eine innere Wellenverzahnung, in die ein Getriebezapfen (nicht dargestellt) zur Drehmomentübertragung eingesteckt werden kann.
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Der zweite Wellenabschnitt 4 umfasst ein zweites Gelenk 13, ein zweites Wellenrohr 14 sowie eine Längsverschiebeeinheit 15. Das zweite Gelenk 13 ist ähnlich aufgebaut wie das erste Gelenk 7, insbesondere auch als Gegenbahngelenk, und umfasst ein Gelenkaußenteil 16, das fest mit dem zweiten Wellenrohr 14 verbunden ist, beispielsweise mittels Schweißen, ein Gelenkinnenteil 17, sowie drehmomentübertragende Kugeln 18, die in entsprechenden Kugelbahnen zwischen dem Gelenkaußenteil 16 und dem Gelenkinnenteil 17 zur Drehmomentübertragung angeordnet sind. Das Gelenkinnenteil weist eine innere Bohrung mit einer Wellenverzahnung auf, in die ein Getriebezapfen zur Drehmomentübertragung eingesteckt werden kann.
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Zur Lagerung bzw. Aufhängung der Gelenkwellenanordnung 2 an einem ortsfesten Bauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, ist ein Zwischenlager 19 vorgesehen, das benachbart zum mittleren Gleichlaufdrehgelenk 5 angeordnet ist.
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Die Längsverschiebeeinheit, die im Detail in 2 zu sehen ist, umfasst eine Profilhülse 22 mit äußeren Kugelbahnen 23, einen Profilzapfen 24 mit inneren Kugelbahnen 25, einen hülsenförmigen Kugelkäfig 26, der im Ringraum zwischen der Profilhülse 22 und dem Profilzapfen 24 angeordnet ist, sowie eine Mehrzahl von Kugeln 27, die in entsprechenden Fenstern des Kugelkäfigs 26 gehalten werden. Der Profilzapfen 24 ist durch die aus Kugelkäfig 26 und Kugeln 27 gebildete Kugel-Käfig-Einheit axial gegenüber der Profilhülse 22 verschiebbar und drehfest mit dieser verbunden. Jeweils eine äußere Kugelbahn 23 und eine innere Kugelbahn 25 bilden gemeinsam ein Bahnpaar, in dem eine Gruppe von mehreren Kugeln 27 zur Drehmomentübertragung zwischen der Profilhülse 22 und dem Profilzapfen 24 gehalten sind. Die axiale Bewegung des Profilzapfens 24 relativ zur Profilhülse 22 wird durch einen ersten axialen Endanschlag 28 und einen zweiten axialen Endanschlag 28' begrenzt. Die Endanschläge 28, 28' sind durch Sicherungsringe gebildet, die in Ringnuten des Wellenzapfens 20 einsitzen und gegen die der Kugelkäfig 26 axial anlaufen kann.
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Zur Abdichtung des Ringraumes zwischen der Profilhülse 22 und dem Profilzapfen 24 ist ein Faltenbalg 29 vorgesehen. Dieser umfasst einen ersten Bund 30, der auf dem Wellenzapfen 20 mittels eines Binders fixiert ist, einen zweiten Bund 32, der mit der Profilhülse 22 an deren Ende mittels eines zweiten Binders fixiert ist, sowie einen Balgabschnitt 33, welcher zwischen dem ersten Bund 30 und dem zweiten Bund 32 angeordnet ist. Der Balgabschnitt 33 umfasst mehrere Falten, welche axiale Längenveränderungen des Faltenbalgs 29 ermöglichen. In Richtung zum zweiten Wellenrohr 14 ist eine Dichtkappe 34 vorgesehen, die ein Entweichen von Schmiermittel aus dem Bereich der Längsverschiebeeinheit 15 in Richtung Wellenrohr 14 verhindert. Das erste Wellenrohr 14 und die Profilhülse 22 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise mittels Schweißen.
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Das Zwischenlager 19 dient zur Lagerung der Gelenkwellenanordnung 2 an einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs, welches hier nicht dargestellt ist. Das Zwischenlager 19 umfasst einen Aufnahmekörper 35, der mit dem Fahrzeug zu verbinden ist, einen Dämpfungskörper 36, der an einem inneren Bund 37 eine Lageraufnahmehülse für das Wälzlager 38 bildet. Das Wälzlager 38 umfasst einen Lageraußenring, der in der Lageraufnahmehülse 37 aufgenommen ist, einen Lagerinnenring, der auf einem entsprechenden Lagersitz 39 des Wellenzapfens 20 aufsitzt, sowie über den Umfang verteilte Wälzkörper, die zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring angeordnet sind. Es ist erkennbar, dass das Zwischenlager 19 axial benachbart zum mittleren Gleichlaufdrehgelenk 5 angeordnet ist. Dabei ist es für eine gute Masseverteilung bzw. eine hohe Biegesteifigkeit der Welle günstig, wenn der Abstand L1 zwischen der Gelenkmitte M1 des Gleichlaufdrehgelenks 5 und der Lagermitte M2 kleiner ist als der axiale Abstand L2 zwischen der Lagermitte L2 des Zwischenlagers 19 und dem Rillenauslauf 40 der Kugelrillen 25 der Profilnabe 24.
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Das mittlere Gleichlaufdrehgelenk 5 ist in Form eines Festgelenks, insbesondere in Form eines Gegenbahngelenks, gestaltet. Es umfasst ein Gelenkaußenteil 42 mit äußeren Kugelbahnen 43, ein Gelenkinnenteil 44 mit inneren Kugelbahnen 45 sowie eine Mehrzahl von drehmomentübertragenden Kugeln 46, die jeweils in einem Rillenpaar aus einer äußeren Kugelbahn 43 und einer inneren Kugelbahn 45 angeordnet sind. Zwischen dem Gelenkaußenteil 42 und dem Gelenkinnenteil 44 ist ferner ein Kugelkäfig 47 angeordnet, in dessen Käfigfenster die Kugeln 46 in einer Winkelhalbierenden Ebene zwischen Gelenkaußenteil 42 und dem Gelenkinnenteil 44 gehalten sind.
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Zur Abdichtung des Gleichlaufdrehgelenks 5 ist auf der dem ersten Wellenabschnitt 3 zugewandten Seite eine Dichtkappe 48 vorgesehen. Auf der dem zweiten Wellenabschnitt 4 zugewandten Seite ist eine Dichtungsanordnung 49 vorgesehen. Diese umfasst ein insbesondere hülsenförmiges Anschlusselement 52, welches auf dem Gelenkaußenteil 42 befestigt ist, sowie einen Dichtkörper 53, der mit einem äußeren Bund mit dem Anschlusselement 52 befestigt ist und der mit einem inneren Bund 50 dichtend auf dem Wellenzapfen 20 aufsitzt. Der Dichtkörper 53 ist in Form eines Membranbalgs gestaltet, welcher nur einen geringen axialen Bauraum beansprucht, so dass der axiale Abstand zwischen Gleichlaufdrehgelenk 5 und dem Zwischenlager 19 gering gehalten werden kann.
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Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Gelenkwellenanordnung 2 ist, dass der Wellenzapfen 20 in organischer Einheit mit dem zweiten Wellenrohr 14 einerseits und mit dem Gleichlaufdrehgelenk 5 andererseits ausgebildet ist. Das heißt, der Wellenzapfen 20 ist mit dem Gelenkinnenteil 44 verbunden und schließt damit jeweils innen am ersten Wellenabschnitt 3 und am zweiten Wellenabschnitt 4 an. Dies hat zur Folge, dass über der Länge der Gelenkwellenanordnung nur wenige Durchmessersprünge erforderlich sind. Hieraus ergibt sich wiederum ein direkter Drehmomentfluss vom Eingang der Gelenkwellenanordnung zu deren Ausgang, was in vorteilhafter Weise eine erhöhte Steifigkeit bewirkt. Durch die Lagerung des Wellenzapfens 20 in dem Zwischenlager 19 axial zwischen dem Gleichlaufdrehgelenk 5 und der Längsverschiebeeinheit 15 wird eine günstige Masseverteilung nahe am Zwischenlager 19 erreicht.
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Zwischen der Lagermitte M2 des Zwischenlagers 19 und der Mitte M3 der Verschiebeeinheit 15 ist ein dritter axialer Abstand L3 definiert. Das Verhältnis zwischen dem ersten axialen Abstand L1 und dem dritten axialen Abstand L3 ist für eine günstige Massenverteilung und eine hohe Biegefestigkeit der Gelenkwellenanordnung 2 kleiner als 3,5, vorzugsweise kleiner als 3,2.
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Weiter ist vorgesehen, dass das Verhältnis des ersten axialen Abstands L1 zwischen der Gelenkmitte M1 des Gleichlauffestgelenks 5 und der Lagermitte M2 des Zwischenlagers 19 einerseits zum Durchmesser D2 des Wellenzapfens 20 im Bereich des Lagersitzes 39 für das Zwischenlager 19 andererseits kleiner als 2,0, insbesondere kleiner als 1,6 ist. Diese Ausgestaltung führt zu einer besonders kurzen Länge des Wellenzapfens 20 zwischen dem Zwischenlager 19 und dem Gleichlaufdrehgelenk 5.
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Das Verhältnis des dritten axialen Abstands L3 zwischen der Lagermitte M2 des Zwischenlagers 19 und der Mitte M3 der Verschiebeeinheit 15 einerseits, zum Durchmesser D2 des Wellenzapfens 20 im Bereich des Lagersitzes für das Zwischenlager 19 andererseits, ist kleiner als 5,5, insbesondere kleiner als 5,0. Hiermit wird erreicht, dass die Längsverschiebeeinheit 15 verhältnismäßig nahe an dem Zwischenlager 19 angeordnet ist, was sich günstig auf die Biegesteifigkeit der Wellenanordnung 2 auswirkt.
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Es ist weiter erkennbar, dass der Innendurchmesser D1 des ersten Wellenrohres 6 und der Außendurchmesser D5 des zweiten Wellenabschnitts 4 so gestaltet sind, dass der zweiten Wellenabschnitt 4 in das erste Wellenrohr 6 zumindest teilweise hineinschiebbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein unfallbedingtes Verkürzen der Wellenanordnung 2 ermöglicht. Außerdem ist vorgesehen, dass der größte Außendurchmesser D3 des Wellenzapfens 20 sowie der Außendurchmesser D4 des Wälzlagers 38 ebenfalls kleiner sind als der Innendurchmesser D1 des ersten Wellenrohres 6. Diese Verhältnisse beziehen sich zumindest auf den Teilabschnitt des ersten Wellenrohres 6, welcher an das Gelenkaußenteil 42 anschließt und sich in Richtung zum endseitigen Gleichlaufdrehgelenk 7 hin erstreckt. Die Länge dieses Teilabschnittes kann beispielsweise zumindest ein Drittel oder die halbe Länge des ersten Wellenrohres 6 betragen. Die axiale Länge des in das erste Wellenrohr 6 einschiebbaren zweiten Wellenabschnitts 4 ist entsprechend auszulegen.
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Es ist erkennbar, dass der Wellenzapfen 20 als Hohlkörper ausgebildet ist, d. h. er hat über seine Länge eine zentrale Bohrung. Die Wandung des Wellenzapfens ist im Bereich zwischen dem Zwischenlager 19 und dem Gleichlaufdrehgelenk 5 größer als zwischen dem Zwischenlager 19 und dem Profilzapfen 24. Durch die Ausgestaltung des Wellenzapfens 20 in Form eines Hohlkörpers wird das Gewicht gering gehalten, was sich wiederum günstig auf die Masseverteilung und die Biegesteifigkeit der Wellenanordnung 2 im Bereich des Zwischenlagers 19 auswirkt.
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Die 3 und 4, die im folgenden gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung 2 (3) bzw. den mittleren Abschnitt der Gelenkwellenanordnung 2 (4) in einer zweiten Ausführungsform. Die Gelenkwellenanordnung entspricht weitestgehend derjenigen aus 1 bzw. 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in 1 bzw. 2. Im Folgenden wird auf die Besonderheiten der vorliegenden Ausführungsform eingegangen.
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Ein Unterschied zur obigen Ausführungsform besteht darin, dass die Längsverschiebeeinheit 15 der vorliegenden Gelenkwellenanordnung 2 gemäß 3 bzw. 4 einen zusammengesetzten Wellenzapfen 20 aufweist. Der Wellenzapfen 20 umfasst ein erstes Zapfenteil 21', das den Profilzapfen 24 mit den inneren Kugelbahnen aufweist, sowie ein zweites Zapfenteil 21'', das zur Übertragung eines Drehmoments drehfest mit dem Gelenkinnenteil 44 des Gleichlaufdrehgelenks 5 verbunden ist. Das erste und das zweite Zapfenteil 21', 21'' sind über eine Schweißnaht fest miteinander verbunden. Es ist erkennbar, dass das erste Zapfenteil 21' als Hohlkörper ausgebildet ist, während das drehfest mit dem Gelenkinnenteil 44 verbundene Zapfenteil 21'' massiv gestaltet ist. Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Zapfenteilen 21', 21'' bildet etwa den größten Durchmesser des Wellenzapfens 20. Das erste Zapfenteil 21' hat zwischen dem Profilzapfen 24 und der Verbindungsstelle einen konischen Übergangsabschnitt, welcher den Durchmesser in Richtung zweites Zapfenteil 21'' erweitert. Das zweite Zapfenteil 21'' hat benachbart zur Verbindungsstelle einen im Durchmesser reduzierten Abschnitt, der eine Schulter 54 als Stützfläche für den Innenring des Wälzlagers 38 bildet.
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Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß 3 bzw. 4 besteht darin, dass der zweite Wellenabschnitt 4 aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist. Das Wellenrohr 14 des zweiten Wellenabschnitts 4 und die Profilhülse 22 der Längsverschiebeeinheit 15 sind zunächst als separate Bauteile hergestellt und werden nachträglich fest miteinander verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Wie insbesondere in 4 erkennbar, ist der Durchmesser D5 des Wellenrohrs 4 größer als der Durchmesser D6 der Profilhülse 22. Das Wellenrohr 4 und die Profilhülse 22 werden über ein hülsenförmiges Zwischenstück 31 miteinander verbunden. Dabei wird das Zwischenstück 31 mit einem ersten Ende in das Wellenrohr 4 eingesteckt und mit einem entgegengesetzten zweiten Ende auf die Profilhülse 22 aufgeschoben. Anschließend werden die genannten Bauteile miteinander verschweißt. Ein Vorteil des vergrößerten Durchmessers D5 des Wellenrohrs 14 liegt darin, dass auf diese Weise die Wandstärke verringert werden kann. Hierdurch wird wiederum eine hohe Biegesteifigkeit des Wellenrohrs 14 erreicht und ein geringes Gewicht. Es versteht sich, dass das Wellenrohr 4 und die Profilhülse 22 auch unmittelbar miteinander verbunden werden können, das heißt ohne Zwischenstück. Im übrigen entspricht die vorliegende Gelenkwellenanordnung 2 gemäß 3 bzw. 4 der obigen Ausführungsform, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung 2 in einer dritten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend derjenigen aus 3 bzw. 4, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der einzige Unterschied zur zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der Gelenkwellenanordnung 2 gemäß 5 das endseitige erste Gleichlaufdrehgelenk 7 in Form eines Verschiebegelenks gestaltet ist, anstelle eines Festgelenks. Das Verschiebegelenk ermöglicht eine begrenzte axiale Verschiebbarkeit zwischen dem Gelenkaußenteil 8 und dem Gelenkinnenteil 9. Hiermit wird die Montage an einen ortsfesten Zapfen eines Getriebes erleichtert. Im übrigen entspricht die vorliegende Gelenkwellenanordnung, insbesondere auch in den Details des mittleren Abschnitts, den obigen Ausführungsformen gemäß den 3 bzw. 4, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird.
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6 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwellenanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend derjenigen aus 5, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Dabei sind gleiche bzw. abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Auch bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 6 ist das endseitige erste Gleichlaufdrehgelenk 7 in Form eines Verschiebegelenks gestaltet. Allerdings ist das Gelenkinnenteil 9 etwas anders gestaltet und weist einen hülsenförmigen Ansatz 55 auf. Der hülsenförmige Ansatz 55 dient zum drehfesten Verbinden mit einem Wellenzapfen eines Getriebes, um Drehmoment vom Getriebe auf die Gelenkwellenanordnung oder umgekehrt zu übertragen. Zwischen dem Gelenkaußenteil und dem hülsenförmigen Ansatz 55 ist eine Dichtungsanordnung 56 vorgesehen, mit der der Gelenkraum nach außen abgedichtet ist. Die Dichtungsanordnung 56 umfasst eine mit dem Gelenkaußenteil 8 verbundene Verbindungshülse, an deren Ende ein Rollbalg 57 mit einem äußeren Bund fixiert ist. der innere Bund des Rollbalgs 57 ist an dem hülsenförmigen Ansatz 55 festgelegt. Im übrigen entspricht die vorliegende Gelenkwellenanordnung, insbesondere auch in den Details des mittleren Abschnitts, den obigen Ausführungsformen gemäß den 3–5, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird.
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Die erfindungsgemäßen Gelenkwellenanordnungen gemäß den 1 bis 6 haben den Vorteil, dass der Wellenzapfen, welcher das erste Wellenrohr mit dem zweiten Wellenrohr verbindet, eine Einheit mit der Längsverschiebeeinheit einerseits und mit dem Gleichlauffestgelenk andererseits bildet. Der Wellenzapfen ist mit einem ersten Ende mit dem Gelenkinnenteil verbunden und mit einem zweiten Ende in das zweite Wellenrohr eingeführt ist. Beide Anschlüsse befinden sich verglichen mit dem Durchmesser der Wellenrohre auf relativ kleinen Durchmessern, so dass folglich nur eine geringe Anzahl von Durchmessersprüngen über der Länge der Gelenkwellenanordnung erforderlich ist. Dies wirkt sich günstig auf die Steifigkeit der Gelenkwellenanordnung aus.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gelenkwellenanordnung
- 3
- erster Wellenabschnitt
- 4
- zweiter Wellenabschnitt
- 5
- Gleichlaufdrehgelenk
- 6
- erstes Wellenrohr
- 7
- Gleichlaufdrehgelenk
- 8
- Gelenkaußenteil
- 9
- Gelenkinnenteil
- 10
- Kugel
- 12
- Wellenverzahnung
- 13
- Gleichlaufdrehgelenk
- 14
- zweites Wellenrohr
- 15
- Längsverschiebeeinheit
- 16
- Gelenkaußenteil
- 17
- Wellenverzahnung
- 18
- Gelenkinnenteil
- 19
- Zwischenlager
- 20
- Wellenzapfen
- 21
- Zapfenteil
- 22
- Profilhülse
- 23
- Kugelrille
- 24
- Profilnabe
- 25
- Kugelrille
- 26
- Käfig
- 27
- Kugel
- 28
- Endanschlag
- 29
- Faltenbalg
- 30
- erster Bund
- 31
- Zwischenstück
- 32
- zweiter Bund
- 33
- Balgabschnitt
- 34
- Dichtkappe
- 35
- Aufnahmekörper
- 36
- Dämpfungskörper
- 37
- Lagerhülse
- 38
- Wälzlager
- 39
- Lagersitz
- 40
- Rillenauslauf
- 42
- Gelenkaußenteil
- 43
- äußere Kugelbahnen
- 44
- Gelenkinnenteil
- 45
- innere Kugelbahnen
- 46
- Kugel
- 47
- Käfig
- 48
- Dichtkappe
- 49
- Dichtungsanordnung
- 50
- Bund
- 52
- Anschlusselement
- 53
- Dichtungskörper
- 54
- Schulter
- 55
- hülsenförmiger Ansatz
- 56
- Dichtungsanordnung
- 57
- Rollbalg
- A
- Längsachse
- D
- Durchmesser
- L
- Länge
- M
- Mitte
