DE10213117B4

DE10213117B4 - Wellenkupplung mit hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE10213117B4
Application number: DE10213117A
Authority: DE
Inventors: Peter Amborn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-23
Filing date: 2002-03-23
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-03-24
Also published as: US20030181246A1; DE10213117A1; US6908394B2

Abstract

Wellenkupplung für eine Antriebswelle (3), mit einem antreibenden und einem anzutreibenden Kupplungsbauteil, bei der das antreibende bzw. das anzutreibende Kupplungsbauteil als hohlzylindrisches Kupplungsaußenteil (8) und das andere Kupplungsbauteil als zylindrisches Kupplungsinnenteil (9) ausgebildet sind, die hinsichtlich der Längsachse der Wellenkupplung koaxial zueinander angeordnet sind, und bei der am Innenumfang des Kupplungsaußenteils (8) und am Außenumfang des Kupplungsinnenteils (9) achsparallele Nuten (27, 28) mit rechts- und linksseitigen Seitenwänden (19, 20, 21, 22) zur Aufnahme von Wälzkörpern (11) ausgebildet sind, die das Kupplungsaußenteil (8) und das Kupplungsinnenteil (9) antriebstechnisch sowie axialverschiebbar miteinander verbinden, wobei die rechts- und linksseitigen Seitenwände (19, 20, 21, 22) des Kupplungsinnenteils (9) und des Kupplungsaußenteils (8) derart wechselseitig verzahnt nebeneinander angeordnet sind, dass jeweils eine Seitenwand (21, 22) einer Nut (28) des Kupplungsaußenteils (8) zusammen mit einer Seitenwand (19, 20) einer Nut (27) des Kupplungsinnenteils (9) eine Wälzkörperlaufbahn (13, 14) bilden, dadurch gekennzeichnet. dass die Seitenwände (19-22) im wesentlichen radial ausgerichtet sind, derart, dass die Wälzkörper (11) bei der Drehmomentübertragung möglichst in Umfangsrichtung der Wellekupplung mit der weiterzuleitenden Kraft beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung für eine axialverschiebbare Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche beispielsweise aus der DE 199 11 111 C1 bekannte Wellenkupplung weist ein im Durchmesser vergrößertes hohlzylindrisches Rohrende auf, an dessen Innenumfang achsparallele Nuten ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Wälzkörpern dienen. Koaxial innerhalb dieses hohlzylindrischen Rohrendes ist ein zylindrisches Wellenkupplungsinnenteil angeordnet, das an seinem Außenumfang ebenfalls achsparallel ausgerichtete Wälzkörperlaufbahnen aufweist und an seinem von dem Rohrende wegweisenden Abschnitt mit einem Gleichlaufgelenk verbunden ist.

Die Innennuten des hohlzylindrischen Rohrendes und die Außennuten des Kupplungsinnenteils sind derart zueinander ausgerichtet, dass sich diese zur gemeinsamen Lagerung der Wälzkörper gegenüber stehen. Dabei sind die Laufbahnnuten für die Wälzkörper hinsichtlich ihrer Nutentiefe und die Wälzkörper hinsichtlich ihres Durchmessers derart ausgebildet, dass die Wälzkörper einerseits das Wellenkupplungsinnenteil und das Wellenkupplungsaußenteil auf Abstand zueinander halten und andererseits so tief in die genannten Wälzkörperlaufbahnnuten eintauchen, dass die Nutenseitenwände genügend Angriffsfläche für eine Krafteinleitung in die Wälzkörper sowie aus diesen Wälzkörpern heraus bieten.

Dieser konstruktive Aufbau stellt hinsichtlich einer optimalen Kraftübertragung zwischen dem antreibenden und dem anzutreibenden Wellenkupplungsbauteil immer einen Kompromiss wegen des Wunsches nach der Axialverschiebbarkeit dar.

Diese Randbedingungen führen bei den bekannten axialverschiebbaren Wellenkupplungen hinsichtlich der Krafteinleitung vom antreibenden Wellenkupplungsteil in die Wälzkörper sowie hinsichtlich der Weiterleitung der Kraft aus den Wälzkörpern in das anzutreibende Wellenkupplungsteil dazu, dass nur ein Teil der in Umfangsrichtung von Kupplungsinnenteil und Kupplungsaußenteil wirkenden Kraft antriebswirksam weitergegeben werden kann. Ein weiterer Teil der in die Wälzkörper eingebrachten Kräfte wirkt aufgrund der geschilderten geometrischen Verhältnisse nicht in Umfangsrichtung, sondern mehr oder weniger stark radial nach außen. Dies ist nicht nur für den Wirkungsgrad der Drehmomentweitergabe vom antreibenden zum anzutreibenden Wellenkupplungsteil nachteilig, sondern bewirkt zudem eine nicht geringe mechanische Bohrreibungsbelastung in den genannten Wälzkörperlaufflächen.

Neben dem oben geschilderten üblichen Aufbau von axialverschiebbaren Wellenkupplungen ist aus der US 3,449,927 noch eine axialverschiebbare Wellenkupplung bekannt geworden, bei der ein zylindrisches Kupplungsaußenteil im Querschnitt einen etwa kreuzförmigen Innenraum aufweist, der zur Aufnahme eines rechteckigen Kupplungsinnenteils dient. Am Ende der Kreuzschenkel sind Laufflächen für Wälzkörper ausgebildet, die jeweils in den rechts- und linksseitigen Ecken der Kreuzschenkel angeordnet sind und von zwischen den Wälzkörpern in die Kreuzschenkelnuten eingelegte Zwischenstücke untereinander auf Abstand gehalten werden. Die Krafteinleitung in die Wälzkörper erfolgt dabei so, dass jeweils immer nur eine Wälzkörperreihe je Kreuzschenkel zur Drehmomentübertragung genutzt wird, während die andere Wälzkörperreihe mechanisch unbelastet bleibt. Die oben geschilderten Nachteile hinsichtlich des Drehmomentübertragungswirkungsgrades sowie hinsichtlich der Bohrreibungsbelastung der Wälzkörperlaufbahnen werden durch diesen Stand der Technik ebenfalls nicht überwunden.

Aus den Druckschriften (1) bis (6) sind Wellenkupplungen für Antriebswellen bekannt, bei denen die Stege des Kupplungsinnenteiles radial ausgerichtet sind. Nachteilig hierbei ist, dass Bohrreibung entsteht, weil die Tangente im jeweiligen Berührungspunkt von Wälzkörper und Seitenwand nicht radial verläuft.

Ein weiterer Aspekt beim Einsatz von axialverschiebbaren Wellenkupplungen insbesondere bei Kraftfahrzeug-Kardanwellen ist, dass diese mit sehr hohen Drehzahlen von oft mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute rotieren. Diese hohen Drehzahlen erzeugen an den Wälzkörpern solcher Wellenkupplungen sehr hohe Fliehkräfte, die zusätzlich zu einer mechanischen Belastung der Wälzkörper sowie der Wälzkörperlaufbahnen führen.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, eine axialverschiebbare Wellenkupplung vorzustellen, die einerseits die Axialverschiebbarkeit von Kupplungsinnenteil und Kupplungsaußenteil gewährleistet und andererseits einen höheren Drehmomentübertragungswirkungsgrad aufweist und somit die radial wirkende Lagerbelastung deutlich reduziert.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Demnach verfügt die Wellenkupplung für eine Antriebswelle wie bisher über ein antreibendes und ein anzutreibendes Kupplungsbauteil, die als hohlzylindrisches Kupplungsaußenteil bzw. als zylindrisches Kupplungsinnenteil ausgebildet sind. Dabei kann das Kupplungsinnenteil sowohl hohlzylindrisch als auch aus einem massiven Bauteil bestehen. In jedem Fall ist aber das Kupplungsinnenteil koaxial innerhalb des Kupplungsaußenteils angeordnet.

Das Kupplungsaußenteil und das Kupplungsinnenteil verfügen an ihrem Innenumfang bzw. Außenumfang über Längsnuten zur Aufnahme von Wälzkörpern, die das anzutreibende Kupplungsbauteil mit dem antreibenden Kupplungsbauteil antriebstechnisch verbinden und zudem eine leichtgängige Axialverschiebbarkeit dieser beiden Bauteile zueinander gestatten.

Bei dieser Wellenkupplung ist nun vorgesehen, dass die rechts- und linksseitigen Seitenwände der Längsnuten des Kupplungsinnenteils und des Kupplungsaußenteils derart wechselseitig verzahnt nebeneinander angeordnet sind, dass jeweils eine Seitenwand einer Längsnut des Kupplungsaußenteils zusammen mit einer Seitenwand einer Längsnut des Kupplungsinnenteils eine Wälzkörperlaufbahn begrenzen oder bilden.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die in Umfangsrichtung des antreibenden Kupplungsbauteils wirkenden Kräfte auch nur in dieser Richtung zunächst an die Wälzkörper und dann anschließend an das anzutreibende Kupplungsbauteil weitergegeben werden.

Hinsichtlich der Seitenwände kann vor allen bei kugelförmigen Wälzkörpern vorgesehen sein, dass sich diese soweit im wesentlichen radial nach innen bzw. nach außen erstrecken, dass deren Höhe vorzugsweise gleich oder größer als der Wälzkörperradius ist. Bei tonnenförmigen oder zylindrischen Wälzkörpern kann von dieser Konstruktionsvariante abgewichen werden.

Die Wälzkörper können wie schon erwähnt eine kugelförmige, eine tonnenförmige oder eine zylindrische Querschnittsgeometrie aufweisen und beispielsweise in einem gemeinsamen Wälzkörperkäfig angeordnet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass für die Wälzkörper einer jeden Wälzkörperlaufbahn individuelle Wälzkörperkäfige in der Art von sogenannten Plattenkäfigen vorhanden sind, bei denen nur die hintereinander angeordneten Wälzkörper in diesem Wälzkörperkäfig angeordnet sind. Die Wälzkörperkäfige bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, wie etwa Polyäthylen, wenngleich auch metallische Wälzkörperkäfige einsetzbar sind. Die Wälzkörper können aus Kunststoff oder aus einer Metalllegierung, vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein.

Zur Reduzierung der Herstellkosten kann vorgesehen sein, dass alle Bestandteile eines Kupplungsaußenteils und/oder eines Kupplungsinnenteils die gleiche Wandstärke aufweisen, so dass sich diese beiden Bauteile mittels Strangpress- oder Extrusionsverfahren sehr wirtschaftlich herstellen lassen. In Abhängigkeit von den zu übertragenden Drehmomenten kann die Materialwahl auf thermoplastische Kunststoffe, Leichtmetalllegierungen oder Stahllegierungen fallen.

Die zwischen den Seitenwänden der Längsnuten des Kupplungsaußenteils und/oder des Kupplungsinnenteils vorhandenen Bereiche können massiv oder auch als Hohlprofile ausgebildet sein. Hohlprofile wird man beispielsweise dann auswählen, wenn kleine Kräfte zu übertragen sind und die Wellenkupplung möglichst leicht und kostengünstig hergestellt werden soll. Dagegen werden massiv ausgebildete Bereiche zwischen den Seitenwänden der Nuten dann bevorzugt, wenn sehr hohe Kräfte von dem antreibenden auf das anzutreibende Kupplungsbauteil zu übertragen sind.

Sofern das Kupplungsinnenteil und/oder das Kupplungsaußenteil aus einer Leichtmetalllegierung auf Aluminium- oder Magnesiumbasis hergestellt ist, wird dieses bevorzugt über eine gehärtete und/oder beschichtete Oberfläche verfügen. Bei einer Aluminiumlegierung kann die Oberfläche dieser Bauteile auch mit einer Harteloxalschicht versehen sein.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in den Hohlräumen der von den Nutseitenwänden begrenzten Hohlprofilen metallische Einlagen oder Seelen eingezogen sind, mit deren Hilfe sich beispielsweise die Biegesteifigkeit oder die Drehmomentübertragungskapazität eines solchen beispielsweise stranggepressten Kupplungsinnenteils oder Kupplungsaußenteil aus einem Kunststoff oder einem Leichtmetall deutlich verbessern lässt.

Eine andere Ausbildung der Erfindung befasst sich mit der Verbindung der Wellenkupplung mit vorgeordneten oder nachgeordneten Bestandteilen einer Antriebswelle oder Antriebswellenanordnung. Dabei ist vorgesehen, dass das Kupplungsinnenteil und/oder das Kupplungsaußenteil mit ihren rechts- bzw. linksseitigen Enden über jeweils einen Flansch mit den jeweils vor- oder nachgeordneten Wellenteilen, wie beispielsweise einem Rohrabschnitt oder einem Antriebsgelenk, verbunden sind. Diese Verbindung kann konventionell mittels Löt- oder Schweißnähte erfolgen, wobei ein Faltenbalg aus gummielastischem Material den Verbindungsbereich sowie den axialen Verschiebebereich schmutzabweisend überdecken kann.

Zudem kann vorgesehen sein, dass der Flansch an seiner zur Wellenkupplung weisenden Stirnseite im Sinne einer Steckverbindung über ein zur Flanschlängsachse sich koaxial erstreckendes Profil verfügt, dass genau entgegengesetzt zur Geometrie der Nuten und/oder Hohlräume der Hohlprofile in dem Kupplungsinnenteil bzw. Kupplungsaußenteil ausgebildet ist. Dieses Profil wird bei der Verbindung des Kupplungsinnen- bzw. -außenteils mit dem Flansch in die o.g. Nuten oder Hohlräume eingesteckt und ggf. zusätzlich mittels einer an sich bekannten und hier nicht weiter dargestellten Ringnut-Ringsteg-Rastverbindung oder durch eine Löt- bzw. Schweißverbindung axial gesichert. Natürlich kann die Wellenkupplung auch zumindest an einem Ende direkt mit einem Drehgelenk verbunden sein.

Zudem kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Flansch und den Laufbahnnuten von Kupplungsinnenteil bzw. Kupplungsaußenteil ein Dichtmittel vorgesehen ist, dass ein Eindringen von Schmutz in die axial wirksame Verschiebeeinheit sowie ein Entweichen von Schmiermittel verhindert.

Schließlich können das Kupplungsinnenteil und/oder das Kupplungsaußenteil auch als rohrförmige Teile ausgebildet sein, bei denen diese Teile keinen geschlossen runden Außen- bzw. Innenumfang aufweisen. In deren Quer schnittsgeometrie wechseln sich vielmehr Nuten und Stege über einen Kreisumfang ab, wobei in den Nuten des einen Kupplungsteils die Stege des anderen Kupplungsaußenteils angeordnet sind. Zur Aufnahme der Wälzkörper verfügen die Nuten bzw. Stege über im wesentlichen radial ausgerichtete Seitenwände, in denen Wälzkörperlaufbahnen ausgeformt sind oder solche Wälzkörperlaufbahnseitenwände selbst bilden.

Die Erfindung lässt sich mit Hilfe von konkreten Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutern. Darin zeigen
1 eine Übersichtsdarstellung über einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges,
2 eine Darstellung gemäß 1 mit einem anderen Antriebsstrangaufbau,
3 eine schematische Längsschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße Wellenkupplung,
4 einen Querschnitt gemäß AA der 3,
5 eine Querschnittsdarstellung durch eine Wellenkupplung mit unterschiedlichen Aufbauvarianten,
5a eine Querschnittsdarstellung wie in 5, jedoch mit paarweise nebeneinander angeordneten Wälzkörperlaufbahnen,
6 eine Längsschnittdarstellung einer Wellenkupplung wie in 3, jedoch mit einem anderen Aufbau,
7 ein Querschnitt an der Stelle AA der 6,
8 eine Querschnittsdarstellung eines Verbindungsflansches,
9 eine Draufsicht B auf den Flansch gemäß 8,
10 eine Querschnittsdarstellung eines Kupplungsaußenteils mit einem geschlossenen Kreisumfang,
11 eine Querschnittsdarstellung einer Wellenkupplung mit nicht geschlossenen Kreisumfang.
Demnach zeigt 1 den kompletten Antriebsstrang 1 eines Allrad-Kraftfahrzeuges mit einer Motor-Getriebe-Einheit 2, mit der ein Antriebsmoment für die Antriebsräder 7 der Vorder- und der Hinterachse erzeugt und verteilt wird. Dazu ist ein hier nicht im Detail dargestelltes Verteilergetriebe vorgesehen, dass das von dem Motor bereit gestellte Drehmoment auf die Antriebswellen bzw. Seitenwellen 6 der Vorderräder und über die Kardanwelle 3 auf die Antriebs- bzw. Seitenwellen 6 der Hinterräder verteilt.
Der 1 ist zudem entnehmbar, dass die Kardanwelle 3 zweiteilig aufgebaut ist und im Antriebstrang über ein Drehgelenk 50 einerseits mit dem hier nicht im Detail dargestellten motornahen Verteilergetriebe, sowie anderseits über ein weiteres Drehgelenk 4 mit einem Differentialgetriebe 45 verbunden ist. Zudem ist in der Mitte zwischen den beiden Teilwellen der Kardanwelle 3 ein weiteres Drehgelenk 25 vorgesehen, das mit einer axial verschiebbaren Wellenkupplung 5 gemäß der Erfindung verbunden ist. Diese Wellenkupplung 5 sorgt u.a. dafür, dass axial wirksame Schwingungen aus der Antriebseinheit 2 nicht an die Fahrzeugräder 7 an der Hinterachse weitergeleitet werden. Der erfindungsgemäße Aufbau sowie deren Wirkungsweise einer als Wellenkupplung wirksamen Verschiebeeinheit 5 wird beginnend mit 3 weiter erläutert, Wie 1 außerdem deutlich entnehmbar ist, verfügen die zu den Fahrzeugrädern 7 führenden Antriebswellen 6 über Drehgelenke 44, mit denen beispielsweise im Bereich der gelenkten Vorderräder ein antriebstechnischer Lenkwinkelausgleich erfolgt.
In derartigen Antriebsträngen kann die erfindungsgemäße Wellenkupplung bzw. Verschiebeeinheit 5 in Kombination mit mehreren einfachen Kreuzgelenken 50, Gummigelenkscheiben 53, Festgelenken 44 oder Gleichlaufverschiebegelenken (VL, DO, Tripode) oder mit Gleichlauffestgelenken vorteilhaft verwendet werden, deren sinnvolle Kombination für jeden Anwendungsfall frei auswählbar ist.
So ist denn auch 2 ein Antriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug entnehmbar, bei dem die Wellenkupplung (Verschiebeeinheit 5) an der Kardanwelle 3 einteilig ausgebildet ist und direkt hinter einem verteilergetriebeseitigem Schiebegelenk 54 angeordnet ist.
Eine solche erfindungsgemäße Wellenkupplung 5 ist nun in 3 in einer schematischen Längsschnittdarstellung abgebildet. Wie dieser Darstellung deutlich entnehmbar ist, wird das Kupplungsaußenteil 8 durch ein hohlzylindrisches Bauteil gebildet, an dessen Innenumfang koaxial zur Längsachse des Kupplungsaußenteils ausgerichtete Längsnuten 28 zur Aufnahme der Wälzkörper 11 ausgebildet sind.
Die Wälzkörper 11 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus Kugeln, die in einem Kugelkäfig 12 aus einem Kunststoff, wie etwa Polyäthylen, angeordnet sind. Denkbar ist aber auch, dass der Kugelkäfig aus einer Metalllegierung besteht.
Hinsichtlich der Wälzkörper kann vorgesehen sein, dass diese aus einem Kunststoff oder einer Leichtmetalllegierung bestehen. Es ist auch sinnvoll, tonnen- oder zylinderförmige Wälzkörper mittels wenigstens einer achsparallelen Bohrung hohl ausgebildet, damit die beispielsweise bei Kraftfahrzeug-Kardanwellen auftretenden hohen Drehzahlen keine hohen Fliehkräfte an diesen Wälzkörpern und damit nur geringe mechanische Belastungen in den Wälzkörperlaufbahnen erzeugen.
Koaxial innerhalb des bereits genannten Kupplungsaußenteils 8 ist ein hohlzylindrisches Kupplungsinnenteil 9 angeordnet, an dessen Außenumfang ebenfalls koaxial zu dessen Längsachse Längsnuten 27 für die Wälzkörper 11 ausgebildet sind. Zudem sind die Längsnuten von Kupplungsaußenteil 8 und Kupplungsinnenteil 9 so ausgerichtet, dass diese die Wälzkörper 11 zwischen sich aufnehmend gegenüberliegen. Die Wälzkörper 11 sorgen dabei für eine antriebstechnische Verbindung sowie für eine leichte axiale Verschiebbarkeit zwischen dem Kupplungsaußenteil 8 und dem Kupplungsinnenteil 9.
Das Kupplungsaußenteil 8 ist an seinem rechtsseitigen Ende 41 mit einem Anschlussflansch 43 verbunden, an dessen zu der Wellenkupplung weisenden Stirnseite 55 achsparallel zu der Wellenkupplungslängsachse ausgerichtete Einlagen oder Seelen 40 befestigt sind, die im Sinne einer Steckverbindung in die Nuten 28 des Wellenkupplungsaußenteils 8 eingreifen. Zusätzlich kann der Flansch 43 mit dem rohrförmigen Kupplungsaußenteil 8 noch über eine hier nicht weiter dargestellte Schweiß- bzw. Lötverbindung oder über eine gesonderte an sich bekannte Rastnut-Rastring-Verbindungsvorrichtung bzw. mittels Schrauben gegen ein ungewolltes Abziehen gesichert werden.
Zur Vermeidung des Austretens von Schmiermittels aus oder des Eindringens von Schmutz in die Wellenkupplung 5 ist hier eine Dichtung 31 vorgesehen, die an einem stirnseitigen Ende der Wellenkupplung 5 angeordnet ist. An der axial anderen Seite ist das beispielsweise das Kupplungsinnenteil 9 mit einem Flansch 32 verbunden, der die Wellenkupplung 5 an diesem anderen Ende schmutzdicht abschließt und für eine antriebstechnische Verbindung mit dem anschließenden Antriebswellenbauteil 3 sorgt. Darüber hinaus wird der Verschiebebereich der Wellenkupplung 5 von einem Faltenbalg 26 überdeckt, der mittels Schrauben, Klemmringe oder anderer Befestigungsmittel 30 auf dem Außenumfang des Flansches 32 und dem Außenumfang des Kupplungsaußenteils 8 befestigt ist.
Zudem sind in dieser 3 Anschläge 29, 30 und 49 erkennbar, die den Verschiebeweg zwischen dem Kupplungsaußenteil 8 und dem Kupplungsinnenteil 9 auf eine gewünschte Länge begrenzen und den Kugelkäfig 12 daran hindern, die für diesen vorgesehene Position zu verlassen.
Wie ein Querschnitt entlang der Linie AA gemäß 3 in 4 zeigt, ist das Kupplungsinnenteil 9 als ein rohrförmiger Körper aufgebaut, der in diesem Ausführungsbeispiel über eine geschlossen kreisförmige Innenseite verfügt. Der Außenumfang des Kupplungsinnenteils 9 ist dagegen von koaxial ausgerichteten Hohlprofilen 16 geprägt, die mit rechts- und linksseitigen Seitenwänden 19, 20 die Nuten 27 begrenzen.
Das Kupplungsaußenteil 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel dagegen eine geschlossen kreisförmige Außenoberfläche auf, während an seiner Innenseite achsparallele Hohlprofile 15 ausgebildet sind, die mit ihren Seitenwänden 21, 22 Nuten 28 begrenzen.
Die Hohlprofile 15 und 16 von Kupplungsinnenteil 9 und Kupplungsaußenteil 8 sind nun derart verzahnt zueinander angeordnet, dass die Hohlprofile 16 des Kupplungsinnenteils 9 in die Nuten 28 des Kupplungsaußenteils 8 und die Hohlprofile 15 des Kupplungsaußenteils 8 in die Nuten 27 des Kupplungsinnenteils 9 eingreifen. Dabei schließen die Seitenwände 19, 20, 21, 22 der Hohlprofile 15, 16 die Wälzkörper 11 derart zwischen einander gegenüberstehenden Seitenwänden ein, dass diese Seitenwände die Laufbahnen für eben diese Wälzkörper 11 bilden oder zumindest begrenzen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 kann auch vorgesehen sein, dass die Wandstärke der Seitenwände 21, 22 des Kupplungsaußenteils dicker sind als die Seitenwände 19, 20 des Kupplungsinnenteils 9.
Der konstruktive Aufbau des Kupplungsinnenteils 9 und des Kupplungsaußenteils 8 ist in 5 in einer etwas größeren und variantenreicheren Darstellung abgebildet. Auch hier ist zunächst erkennbar, dass das Kupplungsaußenteil 8 und das Kupplungsinnenteil 9 über Hohlprofile 15, 16 mit Seitenwänden 21, 22 bzw. 19, 20 verfügen, zwischen denen Nuten ausgebildet sind.
Die Hohlprofile 15, 16 können ganz unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen und beispielsweise einen rechteckigen Hohlraum 37, 38 oder etwa einen bogenförmigen Hohlraumquerschnitt bilden. Zudem können die Seitenwände 19 bis 22 nach innen zu den Hohlräumen 37, 38 gebogen, geradlinig oder schräg verlaufen. Schließlich können die die Nuten 27, 28 begrenzenden Profile auch als Massivprofile 17, 18 in oder an dem Kupplungsinnenteil 9 bzw. an dem Kupplungsaußenteil 8 ausgebildet sein.
In jedem Fall bilden die im wesentlichen radial ausgerichteten Seitenwände 19 bis 22 die Laufbahnen für die Wälzkörper 11, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß dieser 5 von einem Kugelkäfig 12 mit unterschiedlicher Geometrie und Wandstärke in ihrer Position gehalten werden.
Wie 5a zeigt, kann die Wellenkupplung umfangsverteilt über eine beliebige Anzahl von Wälzkörperlaufbahnen verfügen, wobei jedoch mindestens zwei, vorzugsweise aber acht oder mehr solcher Wälzkörperlaufbahnen vorzusehen sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5a sind dabei jeweils zwei Reihen von Wälzkörpern 59, 60 paarweise dicht nebeneinander und zwei Reihen von Wälzkörpern 57, 58 mit größerem Abstand zueinander angeordnet. Diese derart gepaarten Reihen von Wälzkörpern 57, 58 und 59, 60 können, wie diese Abbildung außerdem veranschaulicht, durch koaxiale Innennuten 61, 62 mit unterschiedlicher Breite und/oder Tiefe am Kupplungsaußenteil 8 bzw. durch koaxiale Außennuten 63, 64 mit unterschiedlicher Breite und/oder Tiefe am Kupplungsinnenteil 9 voneinander getrennt sein.
Wie der schematische Längsschnitt durch die Wellenkupplung 5 in 6 zeigt, kann diese Wellenkupplung beispielsweise mit ihrem Kupplungsaußenteil 8 auch direkt oder über den bereits vorgestellten Flansch 43 mit dem Außenteil 56 eines Gleichlaufgelenks 44 verbunden sein. Dabei wird das Gelenkaußenteil 56 am sinnvollsten mittels Schrauben 51 mit dem Flansch 43 verbunden.
Zudem ist in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Dichtstulpe 52 entweder auf das Gelenkaußenteil 56 aufgesteckt oder mittels der erwähnten Schrauben 51 ebenfalls an diesem Gelenkaußenteil befestigt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der bereits genannte Faltenbalg 26 und/oder die Dichtstulpe 52 zumindest teilweise von jeweils einem biegesteifen rohrförmigen Bauteil umfasst sind, um diese gummielastischen Teile 26, 52 vor einer fliehkraftbedingten Aufweitung zu schützen.
Der 6 ist zudem entnehmbar, dass das Kupplungsinnenteil 9 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung 48 mit der Antriebs- oder Kardanwelle 3 verbunden sein kann. Der Faltenbalg 26 ist dabei sinnvollerweise an der Welle 3 und an dem Kupplungsaußenteil 8 mittels Befestigungsmittel (Klemmring, Schraube) 46 festgelegt.
6 zeigt in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, dass ausgehend von dem Flansch 43 langgestreckte metallische Einlagen oder Seelen 39 in die Hohlräume 37 der Hohlprofile 16 des Kupplungsinnenteils 9 hineinragen können, um dort zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit, der Biegesteifigkeit und der Drehmomentübertragungskapazität beizutragen. Zudem kann so eine dreh feste Verbindung zu dem Kupplungsaußenteil 8 oder dem Kupplungsinnenteil 9 geschaffen werden.
Schließlich zeigen 6 und 7, dass die Wälzkörper 11 nicht unbedingt als Kugeln ausgebildet sein müssen, sondern auch tonnen- oder walzenförmig sein dürfen. Zudem können die Wälzkörper 11 in einer Vielzahl von individuellen Rollkörperkäfigen (Plattenkäfige 36) aufgereiht sein, bei denen jeder dieser Plattenkäfige 36 in einer der vielen, jedoch mindestens zwei koaxialen Wälzkörperlaufbahnen angeordnet sein kann.
In den 8 und 9 sind eine schematische Seitenansicht bzw. eine Ansicht „B" auf die Stirnseite 56 des Flansches 43 dargestellt, die deutlich machen, wie die metallischen Einlagen oder Seelen 40 an der in Richtung auf das Kupplungsaußenteil 8 weisenden Stirnseite 56 des Flansches 43 angeordnet sind. Zudem ist aus dieser Darstellung ersichtlich, dass diese Einlage oder Seelen 40 hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Abmessungen derart ausgebildet sind, dass diese genau in die Hohlräume 37 des Kupplungsaußenteils 8 oder in die Nuten 28 hineinpassen.
Neben der Verbindung des Kupplungsaußenteils 8 mit diesem Flansch 43 ist es aber auch möglich, dass Kupplungsinnenteil 9 mit einem ähnlich gestalteten Flansch zu verbinden. Dabei würden dann die Einlagen oder Seelen 39 in die Hohlräume 38 in den Hohlprofilen 16 des Kupplungsinnenteils 9 oder in die Nuten 27 zwischen den genannten Hohlprofilen 16 eingreifen, um so eine drehfeste aber axial lösbare Steckverbindung zwischen der Wellenkupplung 5 und den vor- oder nachgelagerten Antriebswellenteilen 3 zu bilden.
10 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung eines stranggepressten Kupplungsaußenteils 8, bei dem alle Bestandteile dieses Kupplungsaußenteils 8 die gleiche Wandstärke aufweisen. Diese Abbildung macht deutlich, wie durch die Anordnung der Hohlprofile 15 mit ihren Hohl räumen 37 an der Innenseite des Kupplungsaußenteils 8 die Längsnuten 28 gebildet werden, die durch die Seitenwände 21, 22 der Hohlprofile 15 begrenzt sind. Die Höhe 34 dieser Seitenwände 21, 22 erstreckt sich vom Nutboden 24 bis zur Oberkante des Hohlprofils 15 und ist mindestens gleich groß wie der Wälzradius 35 der Wälzkörper 11 (siehe auch 11). Zudem ist dieser Figur entnehmbar, dass die Wälzkörper 11 in achsparallel ausgerichteten Wälzkörperlaufbahnen 10, 13 geführt werden können, die auf der Außenseite der Seitenwände 21, 22 der Hohlprofile 15 ausgebildet sind. Ihr Gegenstück 14 haben diese Wälzkörperlaufbahnen 13 an den Seitenwänden 19, 20 der hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht abgebildeten Hohlprofile 16 an der Außenseite des Kupplungsinnenteils 9.
Schließlich zeigt 11 in einer schematischen dreidimensionalen Querschnittsansicht eine dem Grundprinzip der Erfindung folgenden Wellenkupplung 5, die aus einem stranggepressten Kupplungsaußenteil 9 und einem ebensolchen Kupplungsaußenteil 8 besteht. Diese Wellenkupplungsbauteile 8, 9 weisen aber keine geschlossen kreisförmige Innen- oder Außenobertläche auf. Vielmehr sind die radial nach außen offenen Nuten 27, 28 durch Einsenkungen in dem rohrförmigen Kupplungsinnenteil 9 bzw. Kupplungsaußenteil 8 gebildet, die von Seitenwänden 19 bis 22 begrenzt werden. Diese beiden geometrisch sehr ähnlich aufgebauten Wellenkupplungsbauteile 8, 9 haben nur sehr gering unterschiedliche Durchmesser, so dass diese im Sinne von Wellenkupplungsinnen- und Wellenkupplungsaußenteil ineinander steckbar sind. Zur Aufnahme von Wälzkörpern 11 weisen die Seitenwände 19 bis 22 in Umfangsrichtung ausgeformte Wälzkörperlaufbahnen 13, 14 auf, in die die Wälzkörper 11 von Plattenkäfigen 36 zusammengehalten eingeschoben sind.
Alle vorgestellten Ausführungsformen der Erfindung folgen dem gleichen Prinzip, nämlich dem, die Wälzkörper bei der Drehmomentübertragung möglichst in Umfangsrichtung der Wellenkupplung mit der weiterzuleitenden Kraft zu beaufschlagen. Auf diese Weise wird ein maximal möglicher Dreh momentübertragungswirkungsgrad erreicht und schädliche Einflüsse, wie beispielsweise die der Bohrreibung in den Wälzkörperlaufbahnen von der Verschiebeeinheit ferngehalten.

1: Fahrzeugantriebsanordnung
2: Antriebseinheit
3: Antriebswelle, Kardanwelle
4: Drehgelenk
5: Verschiebeeinheit, Wellenkupplung
6: Radantriebswelle, Seitenwelle
7: Fahrzeugrad
8: Kupplungsaußenteil
9: Kupplungsinnenteil
10: Wälzkörperlaufbahn
11: Wälzkörper, Kugel
12: Wälzkörperkäfig, Kugelkäfig
13: Wälzkörperlaufbahn am Außenteil
14: Wälzkörperlaufbahn am Innenteil
15: Hohlprofil am Außenteil
16: Hohlprofil am Innenteil
17: Massivprofil am Außenteil
18: Massivprofil am Innenteil
19: Seitenwand am Innenteil
20: Seitenwand am Innenteil
21: Seitenwand am Außenteil
22: Seitenwand am Außenteil
23: Nutboden am Kupplungsinnenteil
24: Nutboden am Kupplungsaußenteil
25: Drehgelenk
26: Faltenbalg
27: Nut Kupplungsinnenteil
28: Nut Kupplungsaußenteil
29: Anschlag
30: Anschlag
31: Dichtung
32: Flansch
33: Seitenwandhöhe Innenteil
34: Seitenwandhöhe Außenteil
35: Wälzkörperradius
36: Plattenkäfig, Wälzkörperkäfig
37: Hohlraum im Hohlprofil (außen)
38: Hohlraum im Hohlprofil (innen)
39: Einlage, Seele innen
40: Einlage, Seele außen
41: Ende der Wellenkupplung
42: Ende der Wellenkupplung
43: Flansch
44: Schiebegelenk
45: Differentialgetriebe
46: Befestigungsmittel
47: Dichtmittel
48: Schweißverbindung
49: Anschlag
50: Gelenk
51: Befestigungsmittel
52: Dichtstulpe
53: Gummigelenkscheibe
54: Schiebegelenk, Gleichlaufgelenk
55: Stirnseite
56: Schiebegelenkaußenteil
57: Wälzkörper
58: Wälzkörper
59: Wälzkörper
60: Wälzkörper
61: Nut im Wellenkupplungsaußenteil
62: Nut im Wellenkupplungsaußenteil
63: Nut im Wellenkupplungsinnenteil
64: Nut im Wellenkupplungsinnenteil

Claims

Wellenkupplung für eine Antriebswelle (3), mit einem antreibenden und einem anzutreibenden Kupplungsbauteil, bei der das antreibende bzw. das anzutreibende Kupplungsbauteil als hohlzylindrisches Kupplungsaußenteil (8) und das andere Kupplungsbauteil als zylindrisches Kupplungsinnenteil (9) ausgebildet sind, die hinsichtlich der Längsachse der Wellenkupplung koaxial zueinander angeordnet sind, und bei der am Innenumfang des Kupplungsaußenteils (8) und am Außenumfang des Kupplungsinnenteils (9) achsparallele Nuten (27, 28) mit rechts- und linksseitigen Seitenwänden (19, 20, 21, 22) zur Aufnahme von Wälzkörpern (11) ausgebildet sind, die das Kupplungsaußenteil (8) und das Kupplungsinnenteil (9) antriebstechnisch sowie axialverschiebbar miteinander verbinden, wobei die rechts- und linksseitigen Seitenwände (19, 20, 21, 22) des Kupplungsinnenteils (9) und des Kupplungsaußenteils (8) derart wechselseitig verzahnt nebeneinander angeordnet sind, dass jeweils eine Seitenwand (21, 22) einer Nut (28) des Kupplungsaußenteils (8) zusammen mit einer Seitenwand (19, 20) einer Nut (27) des Kupplungsinnenteils (9) eine Wälzkörperlaufbahn (13, 14) bilden, dadurch gekennzeichnet. dass die Seitenwände (19-22) im wesentlichen radial ausgerichtet sind, derart, dass die Wälzkörper (11) bei der Drehmomentübertragung möglichst in Umfangsrichtung der Wellekupplung mit der weiterzuleitenden Kraft beaufschlagt werden.
Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11, 57 bis 60) aus Kunststoff oder Metallbestehen, dass die Wälzkörper (11, 57 bis 60) kugelförmig, tonnenförmig oder zylindrisch ausgebildet sind, und/oder dass die tonnen- und zylinderförmigen Wälzkörper (11, 57 bis 60) eine achsparallele Bohrung aufweisen.
Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (34) der Seitenwände gleich oder größer als der Wälzradius (35) kugelförmiger Wälzkörper (11, 57 bis 60) ist.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11, 57 bis 60) in wenigstens einem Wälzkörperkäfig (12) angeordnet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11, 57 bis 60) jeder einzelnen Nut (27, 28, 61 bis 64) in einem gesonderten langgestreckten Wälzkörperkäfig (Plattenkäfig 36) hintereinander aufgereiht angeordnet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (12, 36) aus Polyäthylen oder aus einer Leichtmetalllegierung besteht.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bestandteile des Kupplungsaußenteils (8) und/oder des Kupplungsinnenteils (9) die gleiche Wandstärke aufweisen.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen zwei Seitenwänden (19, 20, 21, 22) der achsparallelen Nuten (27, 28) angeordneten Bereiche im Kupplungsaußenteil (8) und/oder im Kupplungsinnenteil (9) als Hohlprofile (15, 16) oder als Massivprofile (17, 18) ausgebildet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsaußenteil (8) und/oder das Kupplungsinnenteil (9) zusammen mit ihren jeweiligen Hohlprofilen (15, 16) oder Massivprofilen (17, 18) als Strangpressprofile ausgebildet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 7,8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsaußenteil (8) und/oder das Kupplungsinnenteil (9) zusammen mit ihren jeweiligen Hohlprofilen (15, 16) oder Massivprofilen (17, 18) aus Kunststoff oder aus Metall bestehen.
Wellenkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsaußenteil (8) und/oder das Kupplungsinnenteil (9) aus gehärtetem und/oder oberflächenbeschichtetem eloxierten Aluminium oder Magnesium besteht.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlräumen (37, 38) der Hohlprofile (15, 16) Einlagen oder Seelen (39, 40), vorzugsweise aus gehärtetem Stahl eingesteckt sind.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils voneinander wegweisenden Enden (41, 42) der Wellenkupplung (5) über jeweils einen Flansch (32, 43) mit einem vor- bzw. nachgeordneten Bauteil der Antriebswelle (3) oder direkt mit einem Antriebswellengelenk (4, 25, 44, 54) verbunden sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (43) eine zu dem Ende (41, 42) des Kupplungsaußenteils (8) oder des Kupplungsinnenteils (9) weisende Stirnseite (56) hat, an der im Sinne einer Steckverbindung koaxiale Einlagen bzw. Seelen (39, 40) ausgebildet sind, die genau entgegengesetzt zur Geometrie der Nuten (27 bzw. 28) und/oder der Hohlräume (37 bzw. 38) der Hohlprofile (15 bzw. 16) in dem Kupplungsaußenteil (8) bzw. dem Kupplungsinnenteil (9) ausgebildet sind.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (31) zwischen den Wälzkörperlaufbahnen von dem Kupplungsinnenteil (9) bzw. dem Kupplungsaußenteil (8) und dem Flansch (32, 43) oder einem Drehgelenk (4, 25, 50, 54) angeordnet ist.
Wellenkupplung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsaußenteil (8) und/oder das Kupplungsinnenteil (9) keine geschlossen kreisrunde Querschnittgeometrie aufweisen, sondern deren Querschnittsgeometrie aus einer Abfolge von Senken (Nut 27, 28) und Stegen (Hohlprofil 15, 16) gebildet wird, die über einen Kreisumfang verteilt angeordnet sind.
Wellenkupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Senken (Nut 27, 28) und Stege (Hohlprofil 15, 16) durch Seitenwände (19 bis 22) verbunden sind, die im wesentlichen radial ausgerichtet sind und in Umfangsrichtung ausgeformte Wälzkörperlaufbahnen (13,14) aufweisen.