DE19538352A1 - Gelenkwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkwelle, insbesondere auf eine Antriebsgelenkwel­ le für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Gelenkwellen sind in der Technik weit verbreitet. Sie dienen ganz allgemein dazu, Drehbe­ wegungen von einer rotierenden Antriebsquelle auf eine anzutreibende Einrichtung zu über­ tragen.

Anwendung finden sie unter anderem im Automobilbau als Antriebsgelenkwellen, auch An­ triebshalbwellen genannt, zur Herstellung einer drehmomentenübertragenden Verbindung vom Antriebsaggregat, d. h. von der Motor/Getriebe-Einheit zu den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.

Solche Gelenkwellen oder Antriebsgelenkwellen bestehen üblicherweise aus dem eigentli­ chen Wellenteil - üblicherweise eine je nach Länge und Beanspruchung entweder hohl oder massiv ausgebildete metallische Welle - mit jeweils außenverzahnten Wellenenden, aus auf den außenverzahnten Wellenenden mittels einer Steckverzahnung drehschlüssig gehalter­ ten Antriebsgelenken in Form von vorzugsweise homokinetischen Fest- oder Schiebegelen­ ken sowie aus diese Antriebsgelenke nach außen abdichtenden Dichtungsstulpen, die jeweils mit einem wellenseitigen Stulpenbund dichtend auf dem Wellenteil aufliegen und dort fixiert sind.

Je nach Höhe der betrieblich zu übertragenden Drehmomente können recht unterschiedli­ che Wellendurchmesser erforderlich sein, wobei aus ökonomischen Gründen natürlich im Prinzip jeweils angestrebt wird, die jeweils geringstmöglichen Wellendurchmesser einzuset­ zen. Diese Mindestwellendurchmesser sind häufig geringer als die wegen der hohen Mate­ rialbeanspruchung in den Steckverzahnungen erforderlichen Durchmesser der Steckver­ zahnungen.

Um in solchen Fällen trotzdem möglichst kleine Wellendurchmesser einsetzen zu können, ist es weit verbreitet, die Wellenenden des Wellenteils den jeweiligen Erfordernissen ent­ sprechend auf einen größeren Durchmesser warm anzustauchen und dann auf die durch­ messervergrößerten Wellenenden in üblicher Weise jeweils eine Außensteckverzahnung aufzubringen, wobei im allgemeinen außerdem noch ein als Axialanschlag für das aufge­ steckte Antriebsgelenk dienender Wellenbund vorgesehen wird.

Bei der Gelenkmontage, d. h. beim Aufstecken der Antriebsgelenke auf die außenverzahn­ ten Wellenenden werden dabei üblicherweise zwischen Wellenbund und Gelenk-Innenkör­ per axialspielausgleichende Tellerfedern o. ä. oder zusätzliche Distanzringe o. ä. zur Be­ grenzung des Gelenkbeugewinkels zwischengelegt.

Während früher als Dichtungsstulpen für Gelenkwellen etc. nahezu ausschließlich solche aus vergleichsweise stark dehnbarem Gummi zum Einsatz kamen, werden heute ihrer gu­ ten Gesamteigenschaften wegen zunehmend Dichtungsstulpen aus im Vergleich zu Gummi wesentlich weniger dehnbaren Kunststoffen eingesetzt, wie sie zum Beispiel unter dem Na­ men HYTREL vertrieben werden.

Bei Einsatz solcher in ihrem wellenseitigen Stulpenbundbereich vergleichsweise geringfügig radial dehnbaren Dichtungsstulpen ist es daher häufig erforderlich, in einem gewissen Ab­ stand zur für die Steckverzahnung erforderlichen ersten Anstauchung eine zweite durch­ messervergrößernde Anstauchung der Wellenenden vorzunehmen, um das Wellenteil im Bereich der Stulpenbünde durchmessermäßig so weit zu vergrößern, daß die radial nur ver­ gleichsweise geringfügig dehnbaren Stulpenbünde einerseits bei der Gelenkmontage über die außenverzahnten angestauchten Wellenenden geschoben und andererseits ausrei­ chend dichtend auf dem - in diesem Bereich wie erwähnt ebenfalls angestauchten - Wellen­ teil fixiert werden können.

Das Warmanstauchen von Voll- und Rohrmaterialien ist in der Praxis zwar weit verbreitet und fertigungstechnisch gut beherrschbar, doch ist für die notwendige Materialerwärmung auch entsprechende Energie aufzubringen, um so mehr, je mehr Anstauchvorgänge durch­ zuführen sind.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirt­ schaftlich zu fertigende Gelenkwelle, insbesondere Antriebsgelenkwelle für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Die erfindungsgemäße Gelenkwelle zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß notwen­ dige Durchmesservergrößerungen in der Außenkontur des Wellenteils nicht mehr durch energieaufwendiges Warmstauchen mit anschließendem Nachbearbeiten hergestellt wer­ den, sondern durch die Ummantelung des Wellenteils mit einem zumindest begrenzt elasti­ schen Kunststoff, wobei einerseits als Axialanschläge dienende materialverdickte wellen­ bundartige Mantelbereiche und andererseits als Auflagefläche für die Dichtungsstulpen die­ nende, mit umlaufenden Umfangsrillen versehene und gegebenenfalls ebenfalls material­ verdickte Mantelbereiche vorgesehen sind.

Durch die Kunststoffummantelung wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig ein hervorragen­ der Oberflächenschutz für das metallische Wellenteil geschaffen. Bei Gelenkwellen, insbe­ sondere bei Antriebsgelenkwellen von Kraftfahrzeugen üblicher Bauweise wird im allgemei­ nen als Oberflächenschutz eine Pulverbeschichtung aus Epoxidharz mit einer Schichtdicke von etwa 100 bis 150 µm aufgetragen. Eine solche Pulverlackierung des Wellenteils kann bei erfindungsgemäßen Gelenkwellen entfallen.

In Fortfall kommen können bei der Gelenkmontage, d. h. beim Aufstecken der Antriebsge­ lenke auf die außenverzahnten Wellenenden in vorteilhafter Weise auch diverse Kleinteile, weil deren Funktion durch geeignete Ausbildung der der Außenverzahnung benachbarten Bereiche der Kunststoffummantelung von dieser gleich mit übernommen wird. So können z. B. üblicherweise für einen axialen Spielausgleich zwischen den Antriebsgelenken und dem Wellenteil angeordnete besondere Tellerfedern o. ä. in Fortfall kommen, weil die diese An­ triebsgelenke axial abstützenden Bereiche der Kunststoffummantelung ausreichend axial­ elastisch ausgebildet werden können. Durch entsprechende Gestaltung der den Antriebs­ gelenken benachbarten Kunststoffmantelbereiche können auch besondere Distanzringe in Fortfall kommen, die bei Gelenkwellen üblicher Bauweise dort häufig zur Begrenzung der Beugewinkel der Antriebsgelenke angeordnet werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in teilgeschnittener Darstellung eine erfindungsge­ mäße Gelenkwelle in Form einer Antriebsgelenkwelle bzw. Antriebshalbwelle für Kraftfahr­ zeuge, wie sie bezüglich ihres Grundaufbaus im Automobilbau weit verbreitet ist.

Die Antriebsgelenkwelle 1 besteht in üblicher Weise aus einem aus Voll- oder Rohrmaterial gefertigten Wellenteil 2, aus auf den außenverzahnten Wellenenden 21, 22 des Wellenteils 2 mittels Steckverzahnung drehschlüssig gehalterten Antriebsgelenken 3, vorzugsweise in Form homokinetischer Gelenke, sowie aus die Antriebsgelenke nach außen abdichtenden Dichtungsstulpen 4, die jeweils mit einem wellenseitigen Stulpenbund 41 dichtend auf dem Wellenteil 2 aufliegen und dort z. B. mit Hilfe von Spannbändern o. ä. in üblicher Weise fi­ xiert sind.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zeichnerisch links liegende radseitige An­ triebsgelenk als homokinetisches Festgelenk und das zeichnerisch rechts liegende getrie­ beseitige Antriebsgelenk als homokinetisches Schiebegelenk ausgebildet, wie dies in der Praxis am häufigsten der Fall ist.

Die beiden homokinetischen Antriebsgelenke 3 enthalten wie allgemein üblich jeweils einen auf die Außenverzahnung der Wellenenden 21 bzw. 22 aufgesteckten innenverzahnten ringförmigen Innenkörper 31 sowie einen über Kugelkörper 32 drehschlüssig mit diesem gekoppelten Außenkörper 33, der beim links liegenden radseitigen homokinetischen Fest­ gelenk in üblicher Weise glockenförmig ausgebildet ist und einen mit 6 bezifferten Radzap­ fen zur drehschlüssigen Verbindung mit einer Radnabe trägt. Beim rechts liegenden getrie­ beseitigen homokinetischen Schiebegelenk ist der Außenkörper 33 dagegen in üblicher Weise ringförmig ausgebildet und mit mehreren entlang seinem Umfang angeordneten Schraubvorrichtungen 7 zur drehschlüssigen Verbindung mit der Abtriebswelle eines nicht weiter dargestellten Motor/Getriebeaggregats versehen.

Der Oberflächenschutz der freiliegenden Bereiche des metallischen Wellenteils 2 wird durch eine vorzugsweise in einem Spritzgießverfahren aufgebrachte Ummantelung 5 des Wellenteils aus einem zumindest begrenzt elastischen Kunststoff sichergestellt, die sich zumindest zwischen den beiden Dichtungsstulpen 4 erstreckt und in diesem Bereich eine Schichtdicke in der Größenordnung von z. B. etwa 0,2 bis 0,4 mm betragen kann. Eine besondere Pulverlackierung mit Epoxidharzen ist nicht vorgesehen.

Diese sich von Dichtungsstulpe zu Dichtungsstulpe erstreckende erste Ummantelung 5 ist im Bereich der beiden wellenseitigen Stulpenbünde 41 für diese einerseits zu axialen Ab­ stützungen und andererseits zu optimalen Radialauflagen ausgeformt.

Wie die zeichnerische Darstellung erkennen läßt, weist die erste Ummantelung 5 in ihren beiden Stulpenbundbereichen einerseits materialverdickte wellenbundartige erste Mantelbe­ reiche 51 zur axialen Abstützung der Stulpenbünde 41 und andererseits gelenkseitig unmit­ telbar daran anschließende zweite Mantelbereiche 52 mit umlaufenden Umfangsrillen 54 o. ä. auf, die eine optimale dichtende Radialauflage der Stulpenbünde 41 ermöglichen. Um in diesen Bereichen einen gewissen Formschluß zwischen dem metallischen Wellenteil 2 und der diesen umschließenden Kunststoffummantelung 5 herzustellen, ist das Wellenteil 2 im Bereich der beiden zweiten Mantelbereich 52 - wie im linken Zeichnungsteil angedeutet - mit einer umlaufenden Rändelung oder Rollierung 23 versehen. Die beiden ersten und zweiten Mantelbereiche 51 bzw. 52 der ersten Ummantelung 5 werden im gleichen Arbeitsgang mit angespritzt. Für die zur axialen Abstützung dienenden wellenbundartig materialverdickten ersten Mantelbereiche 51 dürfte dabei im allgemeinen eine Schichtdicke in der Größenordnung von z. B. etwa 2 bis 3 mm genügen.

Als Kunststoff für die erste Ummantelung 5 sind Kunststoffe geeignet, deren zumindest be­ grenzt elastischen Eigenschaften im aufgespritzten Zustand einerseits im Hinblick auf die Drehmomentenbeanspruchung des Wellenteils ausreichend tordierbar und andererseits im Bereich der aufliegenden Stulpenbünde 41 so radial elastisch sind, daß die Stulpenbünde mittels üblicher Spannbänder o. ä. optimal auf dem Wellenteil 2 bzw. den zweiten Mantel­ bereichen 52 der ersten Ummantelung 5 zur Anlage gebracht werden.

Obgleich das Wellenteil 2 in seinen durch die Dichtungsstulpe 4 abgedeckten Bereichen keinen Korrosions- bzw. Oberflächenschutz benötigt, ist die erste Ummantelung 5 im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel deutlich über die beiden Stulpenbünde 41 hinaus ins Innere der Dichtungsstulpen 4 verlängert. Dies hat jedoch keine funktionellen Gründe. Fertigungs­ technisch ist es jedoch von Vorteil, die erste Ummantelung axial bis zu den im Ausfüh­ rungsbeispiel vorgesehenen durchmesserreduzierten Wellenteilbereichen 24 aufzutragen. Solche durchmesserreduzierten Bereiche des Wellenteils in der unmittelbaren Nachbar­ schaft der aufgesteckten Antriebsgelenke sind häufig erforderlich, um bestimmte Beu­ gungswinkel der Antriebsgelenke zu ermöglichen.

Abgesehen von diesem im Durchmesser leicht reduzierten Wellenteilbereichen 24 weist das Wellenteil 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise Wellenenden 21 bzw. 22 gleichen Durchmessers - und vorzugsweise gleicher Außenverzahnung - sowie einen im wesentlichen über seine ganze Länge konstanten, dem Durchmesser der Wel­ lenenden entsprechenden Durchmesser auf. Insbesondere sind keine den Innenkörpern 31 der Antriebsgelenke 3 als axiale Anschläge dienende und z. B. durch warmes Anstauchen des Wellenteils hergestellte metallische Wellenbünde vorhanden.

Statt dessen ist das Wellenteil 2 unmittelbar neben seinen beiden außenverzahnten Wellenenden 21 bzw. 22 jeweils mit wellenbundartigen zweiten Ummantelungen 53 aus ei­ nem ebenfalls zumindest begrenzt elastischen Kunststoff versehen, die in derselben Ferti­ gungsvorrichtung und im selben Arbeitsgang wie die erste Ummantelung 5 hergestellt wer­ den können. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, sie in einem gesonderten Arbeitsgang aufzubringen, z. B. dann, wenn es vorteilhaft erscheint, für diese wellenbundartigen zweiten Ummantelungen 53 und die erste Ummantelung 5 zumindest begrenzt elastische Kunst­ stoffe mit ansonsten unterschiedlichen Eigenschaften einzusetzen. Die wellenbundartigen zweiten Ummantelungen 53, deren Schichtdicke so bemessen werden muß, daß sie für die auf die Außenverzahnung der Wellenenden 21 bzw. 22 aufgesteckten Innenkörper 31 der Antriebsgelenke 3 einen zuverlässigen betriebssicheren Axialanschlag bilden, können dabei bezüglich ihrer axialen Elastizität in vorteilhafter Weise so ausgebildet werden, daß über sie gleichzeitig auch ein axialer Spielausgleich erfolgt und somit die Anordnung besonderer spielausgleichender Tellerfedern o. ä. zwischen den Innenkörpern 31 der Antriebsgelenke 3 und dem Wellenteil 2 überflüssig wird. Dies hat nicht nur unmittelbare fertigungstechnische Vorteile bei der Gelenkmontage, sondern wegen des völligen Fortfalls solcher Kleinteile auch darüber hinausgehende logistische Vorteile bei der Materialbereitstellung und -bevorratung.

Bei der erfindungsgemäßen Gelenkwelle ist es in vorteilhafter Weise durch einfache Maß­ nahmen, nämlich durch entsprechende Schichtdickenbemessung einerseits der den Au­ ßenverzahnungen benachbarten zweiten Ummantelungen 53 und andererseits der als Ra­ dialauflageflächen dienenden zweiten Mantelbereiche 52 der ersten Ummantelung 5 mög­ lich, dafür zu sorgen, daß der Außendurchmesser der zweiten Mantelflächen 52 nur so viel geringer ist als der größte wirksame Außendurchmesser im Bereich der Wellenenden, ins­ besondere also als der Außendurchmesser der wellenbundartigen zweiten Ummantelungen 53, daß die wellenseitigen Stulpenbünde 41 der Dichtungsstulpen 4 bei der Gelenkmontage über diese größeren Durchmesser im Wellenendbereich geschoben werden können, ohne sie wesentlich radial ausdehnen zu müssen, so daß auch der Einsatz von Dichtungsstulpen aus im Vergleich zu Gummi radial nur sehr wenig dehnbaren Kunststoffmaterialien möglich wird, wie sie z. B. unter dem Namen HYTREL vertrieben werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die den Außenverzahnungen benachbarten wel­ lenbundartigen Kunststoffummantelungen jeweils als separate - zweite - Ummantelungen 53 ausgebildet.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es generell aber natürlich auch möglich, das Wellenteil 2 mit Ausnahme seiner außenverzahnten Wellenenden in seiner gesamten Länge mit einer Kunststoffummantelung zu versehen, d. h. auch die Teile, die ei­ gentlich einen besonderen Korrosions- oder Oberflächenschutz nicht benötigen. In diesem Falle sind also die den Außenverzahnungen benachbarten äußeren wellenbundartigen zweiten Ummantelungen 53 mit der ersten Ummantelung 5 zu einer in einem Arbeitsgang zu fertigenden integrierten einzigen Kunststoffummantelung zusammengefaßt.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkwelle, Antriebsgelenkwelle
2 Wellenteil
21 Wellenende
22 Wellenende
23 Rändelung oder Rollierung
24 durchmesserreduzierter Wellenteilbereich
3 Antriebsgelenk
31 Innenkörper des Antriebsgelenks
32 Kugelkörper
33 Außenkörper des Antriebsgelenks
4 Dichtungsstulpe
41 wellenseitiger Stulpenbund
5 erste Ummantelung
51 erster Mantelbereich
52 zweiter Mantelbereich
53 zweite Ummantelung
54 Umlaufrillen
6 Radzapfen
7 Schraubvorrichtung

Claims (7)

1. Gelenkwelle (1), insbesondere Antriebsgelenkwelle für Kraftfahrzeuge, enthaltend ei­ nen Wellenteil (2) mit jeweils außenverzahnten Wellenenden (21, 22), auf den außen­ verzahnten Wellenenden (21, 22) mittels Steckverzahnung drehschlüssig gehalterte Antriebsgelenke (3) mit innenverzahnten Innenkörpern (31) und über Kugelkörper (32) drehschlüssig mit diesen gekoppelten Außenkörpern (33), sowie die Antriebsgelenke (3) nach außen abdichtende Dichtungsstulpen (4), die jeweils mit einem wellenseitigen Stulpenbund (41) dichtend auf dem Wellenteil (2) aufliegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (2) zumindest zwischen den beiden Dichtungsstulpen (4) mit einer ersten Ummantelung (5) aus einem zumindest begrenzt elastischen Kunststoff verse­ hen ist, und daß die erste Ummantelung einerseits materialverdickte wellenbundartige erste Mantelbereiche (51) zur axialen Abstützung der Stulpenbünde (41) und andererseits mit umlaufenden Umfangsrillen (54) o. ä. versehene zweite Mantelbereiche (52) zur radialen Auflage der Stulpenbünde (41) aufweist.

2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (2) unmittelbar neben seinen beiden außenverzahnten Wellen­ enden (21, 22) jeweils mit wellenbundartigen zweiten Ummantelungen (53) aus einem zumindest begrenzt elastischen Kunststoff versehen ist, die für die auf die außenver­ zahnten Wellenenden (21, 22) aufgesteckten Innenkörper (31) der Antriebsgelenke (3) als axialelastische, spielausgleichende Anschläge dienen.

3. Gelenkwelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Wellenteil (2) mit Wellenenden (211 22) gleichen Durchmessers und gleicher Außenverzahnung sowie einem im wesentlichen über seine ganze Länge konstanten, dem Durchmesser der Wellenenden (21, 22) entsprechenden Durchmesser.

4. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (2) zur Herstellung eines gewissen Formschlusses zwischen Wel­ lenteil (2) und Ummantelungen (5, 53) jeweils zumindest im Bereich der zweiten Man­ telbereiche (52) der ersten Ummantelung (5) sowie im Bereich der zweiten Ummante­ lungen (53) mit Rändelungen oder Rollierungen (23) versehen ist.

5. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wellenbundartigen zweiten Ummantelungen (53) aus einem anderen Kunststoff gefertigt sind als die erste Ummantelung (5).

6. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ummantelung (5) und die beiden zweiten Ummantelungen (53) zu einer sich vom einen außenverzahnten Wellenende (21) zum anderen außenverzahnten Wellenende (22) erstreckenden durchgängigen Ummantelung zusammengefaßt sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines kunststoffummantelten Wellenteils (2) einer Gelenk­ welle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungen (5, 53) in einem Spritz- bzw. Spritzgieß-Verfahren aufgebracht wird.