-
QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
-
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der US Patentanmeldung 61/833,518 vom 27. September 2013 mit dem Titel ”Telescopic Shaft”, deren Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen ist.
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft allgemein eine Wellenanordnung zum Übertragen eines Drehmoments und spezieller eine Teleskopwellenanordnung zum Übertragen von Drehmoment in einem Antriebsstrang.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Eine Teleskopwellenanordnung, die zur Übertragung eines Drehmoments fähig ist, wird oftmals in einem Antriebsstrang als drehmomentübertragende Vorrichtung verwendet. Die Teleskopwellenanordnung umfasst typischerweise ein rohrförmiges äußeres Wellenteil und ein inneres Wellenteil. Das innere Wellenteil ist zumindest teilweise innerhalb des äußeren Wellenteils angeordnet und relativ dazu entlang einer Längsachse bewegbar. Die Teleskopwellenanordnung bedient sich typischerweise Wälzkörpern zwischen dem äußeren Wellenteil und dem inneren Wellenteil, um die Reibung dazwischen zu reduzieren.
-
Die Wälzkörper der Teleskopwellenanordnung umfassen typischerweise Linearlager und oftmals Stahlwalzen oder Stahlkugeln. Die Wälzkörper sind dazu ausgebildet, um während einer Teleskopierbewegung der Teleskopwellenanordnung zwischen dem äußeren und inneren Wellenteil zu rollen und dabei weiter Drehmoment zu übertragen.
-
Bekannt ist eine Teleskopwelle, die dazu ausgebildet ist, zwei Gleichlaufgelenke zu verbinden, und bei der redundante Wälzkörperlaufrillen an dem äußeren Wellenteil der Teleskopwelle vorgesehen wurden, um die Verformung bei Wärmebehandlung zu minimieren. Jedoch sind nur die Hälfte oder ein Drittel der Laufrillen funktional (d. h. werden zur Drehmomentübertragung verwendet). Ein solcher Aufbau beschränkt die Kompaktheit bezüglich des Packagings bei einer vorgegebenen Drehmomentbelastbarkeit, sobald ein kleinstmöglicher Steg (d. h. der Abschnitt zwischen benachbarten funktionalen Laufrillen) erreicht ist, was die Sehnenlänge zwischen den Laufrillen limitiert. Bei einem Aufbau, bei dem das äußere Wellenteil zwei- oder dreimal mehr Laufrillen als ein inneres Wellenteil aufweist, ist der Steg des inneren Wellenteils immer größer als der des äußeren Wellenteils.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß einer nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Wälzkörper aufweisende Teleskopwellenanordnung zum Verbinden mit einer Antriebswelle und Übertragung eines Drehmoments bereitgestellt. Die Wellenanordnung umfasst ein äußeres Wellenteil, das sich entlang einer Längsachse erstreckt und eine Innenbohrung und eine Innenfläche definiert. Ein inneres Wellenteil ist zumindest teilweise innerhalb der Innenbohrung des äußeren Wellenteils angeordnet und teleskopisch entlang der Achse relativ dazu bewegbar und definiert eine Außenfläche. Äußere Wälzkörperlaufrillen sind in der Innenfläche des äußeren Wellenteils ausgebildet und um die Achse verteilt und alle äußeren Laufrillen sind funktional (d. h. werden zur Übertragung des Drehmoments verwendet). Äußere Vertiefungen sind zwischen den äußeren Laufrillen ausgestaltet und definieren einen kürzeren Abstand zwischen benachbarten drehmomentübertragenden äußeren Laufrillen. Innere Wälzkörperlaufrillen sind an der Außenfläche des inneren Wellenteils ausgebildet und um die Achse verteilt. Wälzkörper sind rollend in den äußeren und inneren Laufrillen angeordnet und halten das äußere Wellenteil und das innere Wellenteil während einer Teleskopierbewegung der Wellenanordnung rollend in Eingriff, um die Reibung zwischen ihnen zu reduzieren.
-
Dementsprechend stellt die Erfindung eine Wälzkörper aufweisende Teleskopwellenanordnung bereit, die die Einschränkung bezüglich des kompakten Packagings eliminiert (d. h. wenn es redundante Laufrillen im äußeren Wellenteil gibt und der kleinstmögliche Steg erreicht ist). Genauer gesagt reduziert die Wellenanordnung die Sehnenlänge zwischen benachbarten funktionalen Laufrillen, was die Kompaktheit des Packagings für eine vorgegebene Drehmomentbelastbarkeit maximiert bzw. optimiert. Die Wellenanordnung ist auch kostengünstig konzipiert und erlaubt eine längere Werkzeuglebensdauer, was in niedrigeren bzw. minimierten Herstellungskosten resultiert. Weniger Raumbeschränkungen und ein kompakteres Packaging der Wellenanordnung erlauben auch mehr Flexibilität für Fahrzeughersteller. Durch ihre geringere Masse und ihre geringere Drehträgheit verbessert die Wellenanordnung auch den Kraftstoffverbrauch.
-
KURZBESCHREIBUNG JEDER ZEICHNUNGSFIGUR
-
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird klar und deutlich in den Ansprüchen am Ende dieser Patentanmeldung beansprucht. Die vorhergehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der jeweiligen begleitenden Figur beschrieben, wobei:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsform einer Wälzkörper aufweisenden Teleskopwellenanordnung gemäß der Erfindung ist,
-
2 eine Querschnittsansicht einer nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsform eines äußeren Wellenteils der Wälzkörper aufweisenden Teleskopwellenanordnung gemäß der Erfindung ist,
-
3 eine Querschnittsansicht einer anderen nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsform der Wälzkörper aufweisenden Teleskopwellenanordnung gemäß der Erfindung ist, und
-
4 eine Querschnittsansicht noch einer anderen nicht limitierenden beispielhaften Ausführungsform der Wälzkörper aufweisenden Teleskopwellenanordnung gemäß der Erfindung ist.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung ist untenstehend beschrieben und in der Zeichnung mit Bezug auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon gezeigt, ohne diese zu beschränken. Bezug nehmend auf die Figuren, in denen entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gekennzeichnet sind, ist eine Wellenanordnung allgemein bei 10 gezeigt. Die Wellenanordnung 10 ist eine Wälzkörper aufweisende Teleskopwellenanordnung 10, die dazu geeignet ist, an eine Antriebswelle (nicht gezeigt) anzukoppeln und ein Drehmoment zu übertragen. Obgleich die Wellenanordnung 10 in jedes geeignete Gerät integriert werden kann, ist die Wellenanordnung 10 speziell dafür geeignet, als Teleskopwellenanordnung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet zu werden.
-
Auf 1 Bezug nehmend umfasst die Wellenanordnung 10 ein äußeres Wellenteil 12 und ein inneres Wellenteil 14, das mit dem äußeren Wellenteil teleskopierbar in Eingriff steht. Das äußere Wellenteil 12 erstreckt sich entlang einer Längsachse ”A” und definiert eine kreiszylindrische oder mehrere Ausnehmungen aufweisende Innenfläche 16 (2), die eine Innenbohrung 18 mittig in der Achse ”A” definiert. Es versteht sich, dass das äußere Wellenteil 12 im Wesentlichen rohrförmig ist.
-
Auf 2–4 Bezug nehmend definiert die Innenfläche 16 des äußeren Wellenteils 12 einen Satz von länglichen äußeren Wälzkörperlaufrillen 20, die in der Innenfläche 16 angeordnet sind. Jede äußere Laufrille 20 erstreckt sich entlang und ist im Wesentlichen parallel zur Achse ”A” ausgerichtet. Die äußere Laufrille 20 ist demnach lateral von einer Ebene, die sich durch die Achse ”A” erstreckt, beabstandet und erstreckt sich entlang eines Pfades, der die gleiche Richtung wie die Achse ”A” hat. Die äußeren Laufrillen 20 sind um die Achse ”A” verteilt und alle der äußeren Laufrillen 20 werden für die Übertragung des Drehmoments verwendet und sind damit funktional (verglichen zu den äußeren Wellenteilen von einigen bekannten Teleskopwellen, bei denen nur ungefähr die Hälfte oder ein Drittel der Laufrillen funktional sein kann). Wie nachfolgend ausführlich beschrieben, sind die äußeren Laufrillen 20 in einer Variante der Ausführungsform nicht gleichmäßig um die Achse ”A” verteilt. In 3 und 4 ist ein ”Kugelkreisdurchmesser” (KKD) mit 22 bezeichnet und dient als Referenz, was weiter unten beschrieben wird.
-
Eine Vielzahl oder ein Satz von stranggepressten oder geformten prismatischen äußeren Vertiefungen 24 sind zwischen benachbarten äußeren Laufrillen 20 um die Achse ”A” verteilt. Eine Geometrie oder Form jeder äußeren Vertiefung 24 unterscheidet sich von der jeder äußeren Laufrille 20. In einer Variante der Ausführungsform ist die äußere Vertiefung 24 konkav in Bezug auf die Achse ”A” und geht nahtlos in die Innenbohrung 18 über, und die äußere Laufrille 20 ist halbkugelförmig und konkav in Bezug auf die Achse ”A”. Ein Radius der äußeren Vertiefung 24 ist kleiner als der der äußeren Laufrille 20. Die äußere Laufrille 20 und die äußere Vertiefung 24 sind symmetrisch in Bezug auf die Achse ”A” positioniert.
-
Der Satz der äußeren Vertiefungen 24 ist zwischen den äußeren Laufrillen 20 verteilt und im Wesentlichen parallel zu der Achse ”A” angeordnet. Eine Geometrie oder Form jeder äußeren Vertiefung 24 unterscheidet sich von der jeder äußeren Laufrille 20. Eine gedachte Ebene, die durch ein offenes Ende der äußeren Vertiefung 24 definiert ist, ist an der Bohrung 18 positioniert. Eine Länge jeder äußeren Vertiefung 24 ist ähnlich der jeder äußeren Laufrille 20, und eine Weite der äußeren Vertiefung 24 an der Bohrung 18 ist kleiner als eine Weite der äußeren Laufrille 20 an der Bohrung 18. Dadurch erlauben die Vertiefungen 24 einen kürzeren Abstand zwischen benachbarten drehmomentübertragenden äußeren Laufrillen 20. Der Abstand zwischen den äußeren Laufrillen 20 kann durch eine Kreissehne des KKD definiert sein. In einer Variante der Ausführungsform ist jede äußere Vertiefung prismatisch und konkav in Bezug auf die Achse ”A”. Die äußere Vertiefung 24 ist auch zwischen einem oberen Teil einer äußeren Laufrille 20 und einem oberen Teil einer benachbarten äußeren Laufrille 20 positioniert. Ein Radius und eine Querschnittsfläche der äußeren Vertiefung 24 sind kleiner als die der äußeren Laufrille 20. Die äußeren Vertiefungen 24 sind symmetrisch in Bezug auf die Achse ”A” positioniert.
-
Das innere Wellenteil 14 ist wenigstens teilweise innerhalb der Bohrung 18 des äußeren Wellenteils 12 angeordnet oder ragt in diese hinein. Das innere Wellenteil 14 definiert auch eine Außenfläche 26 und eine Längsachse ”A”, die in einem ”zusammengebauten” Zustand der Wellenanordnung 10 mit der Längsachse ”A” des äußeren Wellenteils 12 zusammenfällt. Das innere Wellenteil 14 ist auch relativ zu dem äußeren Wellenteil 12 entlang der Achse ”A” teleskopisch bewegbar.
-
Die Außenfläche 26 des inneren Wellenteils 14 definiert einen Satz länglicher innerer Wälzkörperlaufrillen 28, die in der Außenfläche 26 angeordnet sind. Jede innere Laufrille 28 erstreckt sich entlang der Achse ”A” und ist im Wesentlichen parallel zu der Achse ”A” angeordnet. Die innere Laufrille 28 ist demnach lateral beabstandet von der sich durch die Achse ”A” erstreckenden Ebene angeordnet und erstreckt sich entlang eines Pfades, der die gleiche Richtung wie die Achse ”A” und die äußeren Laufrillen 20 hat. Die innere Laufrille 28 ist halbkugelförmig und konvex bezüglich der Achse ”A”. Die inneren Laufrillen 28 sind symmetrisch bezüglich der Achse ”A” positioniert. Eine gedachte Ebene, die durch ein offenes Ende jeder äußeren Laufrille 20 definiert ist, ist an einer gedachten Ebene positioniert, die durch ein offenes Ende der korrespondierenden inneren Laufrille 28 definiert ist, so dass sich korrespondierende äußere und innere Laufrillen 20, 28 gegenüberstehen. Zusammen bilden die korrespondierenden äußeren und inneren Laufrillen 20, 28 jeweilige Öffnungen 30.
-
Die Wellenanordnung 10 umfasst eine Vielzahl von Wälzkörpern 32 – z. B. Kugeln oder Walzen – von denen jede rollend in einer korrespondierenden Öffnung 30 angeordnet ist. Die Wälzkörper 32 stehen während einer relativen axialen Bewegung oder einer Teleskopierbewegung des ersten und zweiten Wellenteils 12, 24 mit minimaler Gleitreibung mit dem äußeren und inneren Wellenteil 12, 14 rollend in Eingriff.
-
Wie oben bereits erwähnt, kann eine Anzahl von inneren Laufrillen 28 mit einer Anzahl von äußeren Laufrillen 20 korrespondieren, wobei jede der inneren Laufrillen 28 gegenüberliegend von einer korrespondierenden äußeren Laufrille 20 angeordnet ist, um Paare zu bilden. Gemäß einem Aspekt beträgt die Anzahl der Paare wenigstens zwei. In diesem Fall ist wenigstens ein Wälzkörper 32 in jedem Paar der gegenüberliegenden äußeren und inneren Laufrillen 20, 28 angeordnet. Die Laufrillen 20, 28, die jeweils gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, formen höhere kinematische Paare mit den korrespondierenden Wälzkörpern 32, die sie verbinden.
-
Ein hülsenartiger Käfig 34 kann zwischen der Außenfläche 26 des inneren Wellenteils 14 und der Innenfläche 16 des äußeren Wellenteils 12 angeordnet sein. Der Käfig 34 definiert eine Vielzahl von radial durchgängigen Aussparungen 36, in die korrespondierende Wälzkörper 32 eingelegt und voneinander in einem Satz von gedachten Ebenen beabstandet sind, die senkrecht zur Achse ”A” in den Paaren der äußeren und inneren Laufrillen 20, 28 definiert sind.
-
Speziell auf 3 Bezug nehmend ist die Wellenanordnung 10 in einem zusammengebauten Zustand gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform der Wellenanordnung 10 sind die Laufrillen 20, 28 des äußeren und inneren Wellenteils 12, 14 einander gegenüberliegend in Gruppen von zwei benachbarten Paaren von Laufrillen 20, 28 angeordnet. Genauer gesagt sind die äußeren Vertiefungen 24 zwischen den Gruppen verteilt. Das innere Wellenteil 14 definiert einen Satz geformter innerer prismatischer Aussparungen 38, die zwischen den Gruppen der zwei benachbarten inneren Laufrillen 28 verteilt sind. Dies begünstigt eine geringere Verformung bei Wärmebehandlung.
-
Speziell auf 4 Bezug nehmend ist die Wellenanordnung 10 in dem zusammengebauten Zustand gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform der Wellenanordnung 10 sind die jeweiligen Laufrillen 20, 28 der äußeren und inneren Wellenteile 12, 14 entgegengesetzt zueinander in Gruppen von drei benachbarten Paaren von Laufrillen 20, 28 angeordnet.
-
Besonders vorteilhafte Zustände der Wellenanordnung 10 werden erreicht, wenn das äußere Wellenteil 12 durch Radialschmieden oder durch Rundkneten hergestellt wird, wobei ein Dorn benutzt wird, der eine innere Geometrie des äußeren Wellenteils 12 definiert. In 2 werden ferner besonders vorteilhafte Zustände erreicht, wenn das innere Wellenteil 14 der Wellenanordnung 10 durch einen Strangpressprozess hergestellt wird. In 3 und 4 werden ferner besonders vorteilhafte Zustände erreicht, wenn die Gruppen von zwei oder drei benachbarten inneren Laufrillen 28 zur selben Zeit durch einen Material abtragenden Prozess hergestellt wird, der ein einziges Werkzeug zum Abtragen des Materials von zwei oder drei inneren Laufrillen 28 auf einmal verwendet, wodurch Produktionskosten reduziert werden.
-
Somit überwindet die Wellenanordnung 10 die Restriktion bezüglich des kompakten Packaging (d. h. wenn es ungenutzte Laufrillen 20 in dem äußeren Wellenteil gibt und der kleinstmögliche Steg erreicht ist). Genauer gesagt reduziert die Wellenanordnung 10 die Sehnenlänge zwischen benachbarten funktionalen Laufrillen 20, was die Kompaktheit des Packagings für eine gegebene Drehmomentbelastbarkeit maximiert oder optimiert. Die Wellenanordnung 10 ist darüber hinaus kostengünstig gestaltet und erlaubt eine längere Werkzeuglebensdauer, was in niedrigeren oder minimierten Fertigungskosten resultiert. Zusätzlich erlauben niedrigere Raumrestriktionen und ein kompakteres Packaging der Wellenanordnung 10 eine höhere Flexibilität für Fahrzeughersteller. Darüber hinaus verbessert die Wellenanordnung 10 durch ihre geringere Masse und ihre geringere Drehträgheit den Kraftstoffverbrauch.
-
Während die Erfindung in Verbindung mit nur einer limitierten Anzahl von Ausführungsformen im Detail offenbart wurde, sollte leicht zu verstehen sein, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Variationen, Alternationen, Substitutionen oder entsprechenden Anordnungen umzusetzen, die hier nicht offenbart sind, die aber im Geiste und Schutzumfang der Erfindung stehen. Zusätzlich versteht es sich, dass, während mehrere Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, Aspekte der Erfindung nur Teile dieser Ausführungsform beinhalten können. Demzufolge ist die Erfindung nicht durch die vorstehende Offenbarung als limitiert anzusehen.
