DE19606858A1

DE19606858A1 - Keilwellenanordnung für eine Wellenkupplung

Info

Publication number: DE19606858A1
Application number: DE19606858A
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Aoki; Toshio Ishibashi
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: US5868517A; JP3333344B2; JPH08232969A; DE19606858C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung. Insbesondere betrifft sie eine Keilwellenanordnung zum axialen Verbinden drehbarer Wellenteile wie etwa die Wellenteile in einem Kraftfahrzeug o. dgl.

Eine Antriebswelle oder Kardanwelle in einem Kraftfahrzeug überträgt die Drehkraft von der Ausgangswelle eines Fahr zeuggetriebes auf die Eingangswelle eines Differentialge triebes, um sie den Fahrzeugrädern zuzuführen. Bei Fahrzeu gen mit vorn liegendem Motor und Hinterradantrieb ist eine Kardanwelle zwischen zwei Universalgelenke, eines an der Eingangs- bzw. Getriebeseite und eines an der Ausgangs- bzw. Differentialseite, eingefügt. Im allgemeinen weist eine solche Kardanwelle ein Buchsenteil (d. h. ein männliches Wellenteil) und ein Rohrteil (d. h. ein weibliches Wellen teil) auf, bei denen die Außenseite der Welle und die Innen seite des Rohres mittels einer Keilnutverbindung verbunden sind. Auf diese Weise wird eine verschiebbare Verbindung erlangt und die Kardanwelle kann Längenänderungen in dem Antriebssystem beim Betrieb des Fahrzeuges ausgleichen.

Eine solche Art der Keilwellenverbindung für eine Fahrzeug kardanwelle mit einer sogenannten Integralwelle ist in Fig. 8 bis 14 des Mazda Titan Service Manual 80-10 vom Oktober 1980 gezeigt. Die Fig. 5A und 5B zeigen beispielhafte Schnittansichten zur Verdeutlichung einer derartigen bekann ten Keilwellenausbildung.

Aus Fig. 5A und 5B ist ersichtlich, daß eine Antriebswelle 1 an einem Ende eine Rohrwelle 2 und am anderen Ende eine Buchsenwelle 3 aufweist. Die Rohrwelle 2 ist an einem Gabel flansch 4 eines Kardangelenks 5 angebracht, und die Buchsen welle 3 ist mit einem Stumpf 6 eines Kardangelenkes 7 in Eingriff. An dem Stumpf 6 ist entlang der Innenumfangsfläche der Buchsenwelle 3 ein Keil 8 eingesetzt. Aus Fig. 5B ist ersichtlich, daß zur Verbindung zwischen der Rohrwelle 2 und der Buchsenwelle 3 ein Ende der Buchsenwelle 3 beim Anschluß an die Rohrwelle 2 flanschförmig ausgebildet ist. Das Flanschende der Buchsenwelle weist eine ringförmige End fläche 3A auf, die in das Verbindungsende der Rohrwelle ein geführt wird, um mit der inneren Ringfläche 2A der Rohrwelle 2 in Kontakt zu kommen. Eine ringförmige Lippe 9 begrenzt die ringförmige Endfläche 3A der Buchsenwelle 3, und zum Verbinden der Rohr- und der Buchsenwelle 2, 3 erfolgt im allgemeinen an dieser Stelle eine Verschweißung.

Beim Übertragen einer Drehkraft von dem Gelenkstumpf 6 auf die Buchsenwelle 3 und von dort über die Keilanordnung 8 auf die Innenseite der Rohrwelle 2 ist bei dieser Anordnung eine vorgegebene Festigkeit, Länge und Dicke der Buchsenwelle er forderlich und kann nicht herabgesetzt werden. Das Gesamtge wicht der Antriebswelle kann nicht auf einfache Weise ver ringert werden. Desgleichen kann auch die Länge der An triebswelle 1 nicht verändert werden, weil die Länge der Rohrwelle von dem Eingriffsende mit der Buchsenwelle zum entgegengesetzten Ende entsprechend der Verbindungsstelle zwischen den Wellen 2 und 3 festgelegt ist. Da jedoch die Gesamtfestigkeit der Antriebswelle 1 hoch sein muß, um eine hohe Maximaldrehzahl in dem betreffenden Fahrzeug zu erlan gen, sollte die Gesamtlänge der Rohrwelle begrenzt sein, wenn beispielsweise eine Antriebswelle mit einer Rohrwelle relativ großen Durchmessers versehen ist, um im Betrieb eine optimale Festigkeit zu erlangen.

Eine Antriebswelleneinheit sollte daher eine hohe Maximal drehzahl bei ausreichender Festigkeit gewährleisten, dabei ein geringes Gewicht aufweisen und niedrige Herstellungs kosten verursachen.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile zu beheben und eine Antriebs welleneinheit zu schaffen, die bei einer hohen Maximaldreh zahl eine ausreichende Festigkeit bzw. Steifigkeit besitzt, bei einer leichten Bauweise niedrige Herstellungskosten auf weist und außerdem das Betriebsgeräusch reduziert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs ge löst; die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen zum Gegenstand.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Antriebswelle folgende Merkmale auf: eine Buchsenwelle ist an einer Stelle, an der die Buchsenwelle mit einer Rohr welle verbunden ist, mit einem Flansch versehen; der Flansch liegt zwischen einem ersten, mit der Rohrwelle verbundenen Ende der Buchsenwelle und einem zweiten, mit einem Stumpfan satz zu gemeinsamer Drehung verbundenen Ende der Buchsen welle; der Stumpfansatz ist in das Ende der Buchsenwelle eingesetzt und mit dieser durch mehrere, in Axialrichtung der Buchsenwelle und des Stumpfansatzes ausgebildete Keilnu ten verbunden; und der Flansch ist an der Buchsenwelle an einer Stelle ausgebildet, die im wesentlichen der Längsmitte der Keilnuten entspricht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1A und 1B Schnittansichten einer Wellenkupplung in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 1B eine vergrößerte Einzelheit der Verbindung zwischen der Buchsenwelle und der Rohrwelle (d. h. dem männlichen und dem weiblichen Wellenteil) zeigt;

Fig. 2A und 2B Schemadarstellungen zum Vergleich des Verhal tens der erfindungsgemäßen Buchsenwelle gegenüber einer be kannten Buchsenwelle, wenn die Antriebswelle Erschütterungen oder Schwingungen unterworfen wird;

Fig. 3A, 3B und 3C vergrößerte Schnittansichten der Verbin dung zwischen Wellen alternativer Ausführungsformen in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer dritten bevor zugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wellenkupp lung; und

Fig. 5A und 5B Schnittansichten einer bekannten Wellenkupp lung für die Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs, wobei Fig. 5B eine vergrößerte Ansicht der Verbindung zwischen einer Buchsenwelle und einer Rohrwelle (d. h. dem männlichen und dem weiblichen Wellenteil) zeigt.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1A und 1B lassen erkennen, daß bei einer erfindungsge mäßen Antriebswelle 11 der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Universalgelenk 5, 7 derselbe ist wie in Fig. 5A und 5B. Beim Gegenstand der Erfindung ist jedoch die Länge der Buchsenwelle 13 geringer als bei der vorbeschriebenen herkömmlichen Konstruktion. Ferner ist ersichtlich, daß der Aufbau der erfindungsgemäßen Buchsenwelle 13 von der her kömmlichen Konstruktion abweicht.

Wie ersichtlich, weist die Buchsenwelle 13 einen vorstehen den Flanschteil 13B auf, um die Rohrwelle 12 und die Buch senwelle 13 aneinander festzulegen. Der Flanschteil 13B der Buchsenwelle 13 bildet eine ringförmige äußere Fläche 13A, die in das Verbindungsende der Rohrwelle 12 eingeführt ist, um mit einer inneren Ringfläche der Rohrwelle 12 in Kontakt zu kommen. Ein ringförmiger Absatz 9 bildet die Grenze der ringförmigen Endfläche 13A des Flanschteils 13B der Buchsen welle 13. Die Antriebswelle weist ferner an der Stelle, an der die Buchsenwelle 13 an das Universalgelenk 7 angrenzt, ein verdicktes Ende 13C auf, und der von dem Flanschteil 13B in Richtung zu dem Universalgelenk 5 verlaufende Teil der Buchsenwelle 13 ist als Teil 13D mit verringerter Dicke aus gebildet. Am freien Ende des Teils 13D mit verringerter Dicke ist eine sog. Fettkappe angeordnet, um ein Schmiermit tel (z. B. Fett) für die Wellenkupplung aufzunehmen. Am ent gegengesetzten Ende 13C der Buchsenwelle ist ein stumpfför miger Ansatz 6 des Universalgelenks 7 in das Innere der Buchsenwelle 13 eingeführt, wobei die Außenumfangsfläche des Ansatzes 6 mit der Innenumfangsfläche der Buchsenwelle über ineinandergreifende Keilwellennuten 8 zu gemeinsamer Drehung in Eingriff kommt und dabei eine verschiebbare Einstellung über die gesamte Länge der Antriebswelle 11 ermöglicht. Da bei ist der Flanschteil 13B der Buchsenwelle im wesentlichen in der Mitte der Keilwellennuten 8 angeordnet. Erfindungsge mäß ist eine ringförmige Dichtung 15 aus Gummi oder einem anderen elastischen Material über das dicke Ende 13C der Buchsenwelle 13 an dem Ende gezogen, an dem sie den stumpf förmigen Ansatz übergreift. Auf diese Weise kann infolge der Fettkappe 14 eine leichte Bewegung des Ansatzes 6 gegenüber der Buchsenwelle 13 erfolgen, wobei durch die Dichtung 15 ein sicherer Eingriff bewirkt und ein Verlust von Schmier mittel vermieden wird. Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Bauweise kann dabei die Gesamtdicke und dadurch das Gewicht der Buchsenwelle 13 verringert und ein leiser Betrieb er zielt werden.

Nachfolgend wird der Zweck des erfindungsgemäßen Aufbaus der Wellenkupplung erläutert.

Wie ersichtlich, ist der erfindungsgemäße Aufbau derart, daß die Stelle der Eingriffsfläche 13A des Flanschteils 13B für den Eingriff mit dem Verbindungsende der Rohrwelle 12 so liegt, daß sie sich im wesentlichen in der Mitte der Länge der Keilwellennuten 8 befindet. Dies hat zur Folge, daß das beim Verschieben von den Keilwellennuten 8 übertragene Dreh moment, wenn z. B. das Fahrzeug über unebene Strecken fährt, verhältnismäßig klein ist. Erfindungsgemäß ist der Ansatz 6 durch das dicke Ende 13C der Buchsenwelle, weiter durch den offenen Innenteil des Flanschteils 13B über die ringförmige Fläche 13A hinaus in den Teil mit verringertem Durchmesser innerhalb des Innenraumes der Rohrwelle 12 hindurchgeführt.

Infolgedessen liegt der mittlere Teil in der Längserstrec kung der Keilwellennuten 8 unter dem größten Bauteil der Konstruktion, nämlich dem Flanschteil 13B der Buchsenwelle. Die Drehmomentübertragung von dem Ansatz 6 auf die Antriebs welle 11 wird verbessert, da das Drehmoment von dem Ansatz 6 auf das relativ dicke Ende 13C der Buchsenwelle und von dem dicken Ende 13C auf das große Bauteil, nämlich den Flansch teil 13B übertragen wird, und dann von dem Flanschteil 13B auf die Rohrwelle 12. Das andere Ende der Buchsenwelle 13, d. h. das Teil 13D mit verringerter Dicke, braucht deshalb nur ausreichend dick ausgebildet zu sein, um den Ansatz 6 zu halten, und muß keine hohe Festigkeit besitzen, da es nicht zur Drehmomentübertragung dient, auch wenn die Keilwellennu ten 8 sich beim Betrieb des Fahrzeugs verschieben.

Bei dieser Konstruktion erfolgt die Drehmomentübertragung durch hochfeste Bauteile, wobei das Gesamtgewicht und die Kosten für die Antriebswelle reduziert werden. Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Bauweise die Länge der Buchsen welle begrenzt (d. h. verkürzt) werden, während eine hohe Gesamtfestigkeit und Leistungsfähigkeit erhalten bleiben.

Zusätzlich kann mit der erfindungsgemäßen Antriebswelle 11 eine hohe Maximaldrehzahl f erzielt werden, wie sich aus der folgenden Formel ergibt:

Maximaldrehzahl f = 1/2π √/m (1)

worin K = Festigkeitskoeffizient und M = Masse bedeuten.

Nach der Formel (1) ist

I = (d₁⁴ - d₂⁴)π/64 (2)

worin bedeuten: d₁ = Außenumfang der Rohrwelle
d₂ = Innenumfang der Rohrwelle.

Bei der erfindungsgemäßen Bauweise bewirken die Länge der Antriebswelle 11 und die relativ hohen Umfangsabmessungen der Rohrwelle 12 eine hohe Steifigkeit und mechanische Festigkeit, und zusätzlich können höhere Maximaldrehge schwindigkeiten sicher und zuverlässig erzielt werden.

Wie außerdem Fig. 2 erkennen läßt, in der 6CL und 2CL die Drehachsen der Buchsenwelle bei der Erfindung bzw. bei Stand der Technik darstellen, ist dann, wenn in der Nähe des Keil wellennut-Teils und des Verbindungsteils 9 eine Winkelabwei chung von α° der Buchsenwelle 13 gegenüber der Rohrwelle 12 infolge von ungenauer Montage oder Beschädigung auftreten sollte, das Ausmaß der Exzentrizität δ der Drehachse 12CL beim Erfindungsgegenstand (Fig. 2A) kleiner im Vergleich zum Stand der Technik (Fig. 2B). Dadurch, daß erfindungsgemäß δ¹ < δ², kann beim Einleiten einer Drehbewegung in die An triebswelle 11 eine unwuchtige Rotation herabgesetzt werden.

Im folgenden werden alternative Bauweisen einer erfindungs gemäßen Antriebswelle unter Bezug auf die Fig. 3A bis 3C und 4 beschrieben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann in der Antriebswelle 11 eine ringförmige Einsatz-Führung 16 um das Teil mit verringerter Dicke zwischen der Innenwand der Rohrwelle 12 und der Außenwand des Teils 13D eingefügt wer den, um einen Vibrationsdämpfer zu bilden. Wie in Fig. 3B gezeigt, kann die Einsatz-Führung 16 auch um das Teil 13D mit verringerter Dicke angeordnet werden, und ein an der Innenwand der Rohrwelle 12 anliegendes ringförmiges elasti sches Teil 17 kann zwischen die Führung und das Rohr 12 ein gefügt werden. Ferner kann gemäß Fig. 3C ein Dämpfer 18 vor gesehen werden, bei dem ein Ringteil 20 um ein elastisches Teil 19 angeordnet ist, welches am Umfang der Außenwand an dem Teil 13D verringerter Dicke der Buchsenwelle 13 befe stigt ist. Diese Konstruktionen tragen in vorteilhafter Weise dazu bei, die Schwingungen der gesamten Antriebswelle 11 zu dämpfen.

Wie aus Fig, 4 ersichtlich, kann auch eine ringförmige Dich tung 21 zwischen dem Ende der Buchsenwelle 13 und der Fett kappe 14 vorgesehen werden. Auf diese Weise kann die Größe der Fettkappe verringert werden, und die Schmierung kann auch unter Verwendung einer kleineren Fettkappe 14 ver bessert werden.

Zusammengefaßt weist eine Wellenkupplung für ein männliches und ein weibliches Wellenteil einer Kraftfahrzeug-Antriebs welle 11 eine Buchsenwelle 13 mit einem ersten Ende hoher Steifigkeit auf, ferner einen die Buchsenwelle 13 umgebenden ringförmigen Flansch 13A an einer mittleren Stelle, an der die Buchsenwelle mit einer Rohrwelle 12 verbunden ist, sowie einen Teil 13D verringerten Durchmessers, der von dem Flansch in die Rohrwelle 12 reicht. In Axialrichtung der Buchsenwelle 13 sind mehrere Keilwellennuten 8 ausgebildet, die zwischen der Innenwand des starren ersten Endes und einem zu gemeinsamer Drehung darin eingeführten Stumpfansatz 6 liegen. Am Ende des Teils 13D verringerten Durchmessers ist eine Fettkappe 14 bzw. Schmiereinrichtung vorgesehen. Außerdem ist um das Teil 13D verringerten Durchmessers zwischen der Innenwand der Rohrwelle 12 und der Außenwand des Teils verringerten Durchmessers eine Schwingungsdämpfung 16 ausgebildet, und es kann eine Einsatzführung 17, 18 vorgesehen sein, um die Laufruhe der Wellenkupplung zu verbessern und das Betriebsgeräusch zu reduzieren.

Die vorstehend beschriebene Erfindung schafft somit eine Antriebswelle, die bei ausreichend hoher Steifigkeit und Festigkeit mit deutlich höherer Maximaldrehzahl betrieben werden kann.

Die erfindungsgemäße Antriebswelle hat ferner ein geringes Gewicht und niedrige Herstellungskosten sowie ein herabge setztes Laufgeräusch.

Die Erfindung ist anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug beschrieben worden. Sie kann jedoch hiervon abweichend auch in unter schiedlicher Weise eingesetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Im übrigen sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich.

Claims

1. Wellenkupplung, dadurch gekennzeichnet daß
an eine Buchsenwelle (13) an einer Stelle, an der die Buchsenwelle mit einer Rohrwelle (12) verbunden ist, ein Flansch (13B) angeformt ist,
der Flansch (13B) zwischen einem ersten, mit der Rohrwelle verbundenen Ende der Buchsenwelle (13) und einem zweiten, mit einem Stumpfansatz (6) zu gemeinsamer Drehung verbun denen Ende der Buchsenwelle liegt,
der Stumpfansatz (6) in das Ende der Buchsenwelle (13) eingesetzt und mit dieser durch mehrere, in Axialrichtung der Buchsenwelle und des Stumpfansatzes ausgebildete Keilnuten (8) verbunden ist, und
der Flansch (13B) an der Buchsenwelle (13) an einer Stelle ausgebildet ist, die im wesentlichen der Längsmitte der Keilnuten (8) entspricht.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in die Rohrwelle (12) ragenden Teil (13D) verringerten Durchmessers der Buchsenwelle (13) an der der Verbindung mit dem Stumpfansatz (6) gegenüberliegenden Seite.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein ringförmiger Schwingungsdämpfer (16) zwischen der Außenseite des Teils (13D) verringerten Durch messers und der Innenwand der Rohrwelle (12) angeordnet ist.

4. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einsatzführung (16, 17) zwischen der Rohrwelle (12) und dem Teil (13D) verringerten Durch messers angeordnet ist.

5. Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung ein ringförmiges Teil (17, 19) aus elasti schem Material aufweist.

6. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Teils (13D) verringerten Durchmessers eine Schmiereinrichtung (14) vorgesehen ist.

7. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung (14) eine Dichtung (21) am ring förmigen Ende des Teils (13D) verringerten Durchmessers aufweist.