DE19609423A1

DE19609423A1 - Gelenkwelle, insbesondere Seitenwelle zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19609423A1
Application number: DE1996109423
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Jacob; Manfred Dipl Ing Niederhuefner
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: CN1087239C; GB2311117A; CN1167054A; FR2745761B1; GB9704924D0; DE19609423C2; JPH10955A; FR2745761A1; BR9701249A; GB2311117B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle, insbesondere Seitenwel le, zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges mit zwei Gleich laufgelenken, welche durch eine Verbindungswelle miteinander verbunden sind, die ein Schiebeteil und einen Wellenabschnitt umfaßt, wobei das Schiebeteil einen Schiebezapfen, einen koaxial um diesen herum angeordneten rohrförmigen Verschiebeabschnitt, der mit dem Wellenabschnitt verbunden ist, und zwischen beiden in parallel zu einer Längsachse der Verbindungswelle angeord neten Laufbahnen von Schiebezapfen und Verschiebeabschnitt ein greifende Wälzkörper aufweist, wobei ferner der Schiebezapfen und der Wellenabschnitt entweder einteilig mit einem Bauteil je weils eines der Gleichlaufgelenke ausgebildet oder mit diesen verbindbar sind.

Eine solche Gelenkwelle ist beispielsweise in der DE 44 19 373 A1 beschrieben. Die danach vorgesehene Verbindungswelle ist ins gesamt steif ausgebildet.

Bei Seitenwellen in Kraftfahrzeugen wird bei der Auslegung ange strebt, auch die Verbindungswelle, die zwischen den beiden Gleichlaufgelenken angeordnet ist, entsprechend der Drehsteifig keit der Gelenke, also möglichst drehsteif auszulegen. Eine sol che drehsteife Auslegung bewirkt jedoch, daß insbesondere bei einem scharfen Anfahren, bzw. einem sogenannten Knallstart die plötzlich auftretenden hohen Belastungen an den Gleichlaufgelen ken deren Funktion beeinträchtigen kann, weil die Lastspitzen ohne Dämpfung voll übertragen werden. Dies kann beispielsweise bei Gelenkwellen, bei denen die aufgrund der Ein- bzw. Ausfede rung der Räder auftretenden Längenänderungen der Gelenkwelle durch als Verschiebegelenke gestaltete Gleichlaufgelenke ausge glichen werden, zu Verspannungen führen, so daß die Anpassung der Gleichlaufgelenke an die geänderten Längenverhältnisse ge stört wird.

Dies ist günstiger, wenn eine Ausführungsform nach dem gattungs bildenden Stand der Technik (DE 44 19 373 A1) gewählt wird. Je doch ist auch bei einer solchen verbesserten Ausführung die Be anspruchung der Gleichlaufgelenke hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwelle zu schaffen, bei der die einwandfreie Funktion der Bauteile der Ge lenkwelle auch bei hohen und plötzlich auftretenden Beanspru chungen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wel lenabschnitt hinsichtlich seiner Drehsteifigkeit drehweich aus gebildet ist und daß die zum Schiebeteil gehörenden Bauteile hinsichtlich ihrer Drehsteifigkeit drehsteif ausgebildet sind.

Von Vorteil bei einer solchen Ausbildung ist, daß bei den plötz lich auftretenden Belastungen eine Verdrehung des drehweichen Wellenabschnittes eintritt. Der Wellenabschnitt wird als Dreh stabfeder genutzt. Die Beschleunigung, die das Fahrzeug erfährt, wird entsprechend weicher, was ebenfalls als vorteilhaft angese hen wird. Die Drehsteifigkeit kann dabei nach den Wünschen des Fahrzeugherstellers ausgelegt werden, um einen höchstmöglichen Komfort einerseits erreichen zu können und andererseits zu er reichen, daß keine weiteren Bauteile des Antriebsstranges unzu lässig hoch belastet werden.

Ferner ist von Vorteil, daß ein Verschiebelager rotierende und schwingungsfähige Antriebswellen ruhig stellen und Spannungs überlagerungen minimeren kann. Die Bauteile des Verschiebetei les werden so steif ausgebildet, daß die Funktion des Verschie beteiles nicht gestört ist. Von Vorteil ist ferner, daß dann, wenn der Wellenabschnitt eine Verdrehung erfährt, dies sich nicht auf die Gelenke auswirken kann, da die aus der Verdrehung resultierende Längenveränderung durch das Verschiebeteil aus geglichen wird. Die anschließenden Gelenke werden hiervon nicht beansprucht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die zum Schiebeteil gehörenden Bauteile in Drehrichtung mit Vorspannung zueinander verbaut sind.

Entsprechend ist die Drehsteifigkeit des Wellenabschnittes so ausgelegt, daß eine vorher bestimmte, dem Fahrzeug angepaßte Drehsteifigkeit auftritt.

Eine besonders günstige Gestaltung ergibt sich, wenn, wie vor geschlagen, der Wellenabschnitt mit Ausnahme seiner beidendigen Anschlußbereiche zylindrisch ausgebildet ist und aus einem Voll material besteht. Es ist jedoch auch möglich, daß der Wellenab schnitt mit dem Verschiebeabschnitt einstückig ausgebildet ist, daß der Verschiebeabschnitt als im Querschnitt gewellter Rohrab schnitt und daß der Wellenabschnitt als zylindrischer Rohrab schnitt gestaltet ist.

Wird ein Wellenabschnitt aus Vollmaterial gewählt, ist vorgese hen, daß der zum Verschiebeabschnitt des Verschiebeteils hin vorhandene Anschlußbereich des Wellenabschnitt im Durchmesser tellerartig vergrößert ist. An diesem Anschlußbereich erfolgt eine Festlegung des Verschiebeabschnittes des Verschiebeteils. Hierbei kann eine Festlegung beispielsweise durch Schweißung er folgen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Anwen dung auf ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug sind in der Zeich nung schematisch dargestellt und anhand derselben näher erläu tert.

Es zeigt

Fig. 1 das Antriebsschema eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Gelenkwelle im Längsschnitt,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Verbin dungswelle, wobei der Wellenabschnitt aus Voll material mit dem angeschlossenen Schiebeabschnitt in Form eines Tiefziehteiles dargestellt sind und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform einer Gelenk welle, bei der der Schiebeabschnitt und der Wel lenabschnitt einteilig ausgebildet und als Rohr gestaltet sind.

Aus Fig. 1 ist ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang ersichtlich, wobei der Motor 3 mit dem nachge schalteten Schaltgetriebe das Vorderachsdifferential 4 treibt. Von dessen beiden Getriebeausgängen werden über Seitenwellen 7 die beiden Vorderräder 1 angetrieben. Die Antriebsbewegung für die Hinterräder 2 ist vom Vorderachsdifferential 4 abgeleitet, so daß über ein Abzweiggetriebe und eine Längswelle das Hinter achsdifferential 5 angetrieben wird. Von diesem gehen die Sei tenwellen 6 zu den Hinterrädern 2.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform einer Seitenwelle 6 zum Antrieb beispielsweise eines der beiden Hinterräder 2 im Längsschnitt dargestellt.

Die zum Einsatz als Seitenwelle gedachte Gelenkwelle 6 gemäß Fig. 2 umfaßt zwei Gleichlaufgelenke, nämlich ein erstes Gleich laufgelenk 8, das zum Hinterrad hin angeordnet ist und ein zwei tes Gleichlaufgelenk 9, das zum Achsdifferential hin angeordnet ist. Die beiden Gleichlaufgelenke 8, 9 sind durch eine Verbin dungswelle 10 miteinander verbunden. Das erste Gleichlaufgelenk 8 umfaßt ein Gelenkaußenteil 11 und weist in seinem Hohlraum um die Längsachse 22 verteilt angeordnete Außenlaufrillen 12 auf. Zum Anschluß des Gelenkaußenteiles 11 an die Radnabe eines der Hinterräder ist ein Verbindungszapfen 13 vorgesehen. In dem Hohlraum des Gelenkaußenteiles 11 ist ein Gelenkinnenteil 14 allseits schwenkbar unter Zuhilfenahme eines Steuerelementes 21 gelagert. Das Gelenkinnenteil 14 weist in seiner Außenfläche zu den Außenlaufrillen 12 des Gelenkaußenteils 11 gegenüberliegend Innenlaufrillen 15 auf. Jeweils in einem Paar von sich gegen überliegenden Außenlaufrillen 12 und Innenlaufrillen 15 ist eine Kugel 17 zur Drehmomentübertragung aufgenommen. Sämtliche Kugeln 17 sind in Fenstern eines Käfigs 16 geführt. Das Gelenkinnenteil 14 trägt einen zum zweiten Gleichlaufgelenk 9 hin weisenden An schlußzapfen 18. Dieser trägt am Ende Anschlußmittel 19 zur Ver bindung mit entsprechenden Anschlußmitteln der Verbindungswelle 10. Ferner ist der Zwischenraum zwischen dem Anschlußzapfen 18 und dem Gelenkaußenteil 11 durch einen Balg 20 abgeschlossen. Das zweite Gleichlaufgelenk 9 ist vom Prinzip her ähnlich dem ersten Gleichlaufgelenk 8 aufgebaut. Es weist lediglich andere Anschlußmittel auf.

Das Gelenkinnenteil 23 des zweiten Gleichlaufgelenkes 9 trägt einen Schiebezapfen 24, der zum Schiebeteil 25 gehört. In der Außenfläche des Schiebezapfens 24 sind umfangsverteilt um die Längsachse 22 und entlang derselben sich erstreckende Laufrillen 26 für Wälzkörper 27 angeordnet. Vorzugsweise sind die Wälzkör per 27 als Kugeln gestaltet und es sind jeweils mehrere in jeder Laufrille 26 hintereinander angeordnet. Die Wälzkörper 27 sind in einem Käfig 28 gehalten. Sie greifen ferner in Laufrillen 30 des Verschiebeabschnittes 29 ein. Der Verschiebeabschnitt 29 ist als rohrförmiges Bauteil gestaltet. Die Laufrillen 30 liegen jeweils den Laufrillen 26 gegenüber und erstrecken sich eben falls parallel zur Längsachse 22. Zwischen der Außenfläche des Verschiebeabschnittes 29 und der des Gelenkaußenteiles des Gleichlaufgelenkes 9 ist ein Balg 34 zur Abdichtung aufsitzend angebracht. In die Bohrung des Verschiebeabschnittes 29 ist zum Wellenabschnitt 33 der Verbindungswelle 10 hin eine Kappe 31 eingesetzt. Diese begrenzt den Stellweg der Wälzkörper 27 in den Laufrillen 26, 30.

Das dem Wellenabschnitt 33 zugewandte Anschlußende des Verschie beabschnittes 29 ist mit einem tellerartig vergrößerten An schlußbereich des Wellenabschnittes 33 durch Verschweißung ver bunden. Der Wellenabschnitt 33 trägt an seinem anderen Ende An schlußmittel 33 zur Verbindung mit den Anschlußmitteln 19 des zum Gelenkinnenteil 14 gehörenden Anschlußzapfens 18 des Gleich laufgelenkes 8. Der Wellenabschnitt 33 besteht aus einem Voll material und ist zylindrisch gestaltet. Die Drehsteifigkeit des Verschiebeteils 25 bzw. der zu diesem gehörenden Bauteile, näm lich Verschiebeabschnitt 29 und Schiebezapfen 24 ist so ausge legt, daß bei voller Momentenübertragung, auch bei sogenannten Knallstarts oder entsprechend scharfem Anfahren, die Verschiebe funktion gewährleistet ist, das heißt die Wälzkörper 27 in den Laufrillen 26, 30 noch einwandfrei abrollen können, um eine Län genänderung zwischen den Mittelpunkten der beiden Gleichlaufge lenke 8, 9 ungestört aufnehmen zu können. Die Drehsteifigkeit des Wellenabschnittes 33 ist entsprechend geringer ausgelegt, so daß bei entsprechender Momentenbeaufschlagung eine Verdrillung des Wellenabschnittes 33 im elastischen Bereich auftritt. Durch die vorgeschilderten Maßnahmen ist ausgeschlossen, daß auch bei aus der Verdrehung resultierenden Längenänderungen Kräfte auf die an die Verbindungswelle 10 angeschlossenen Gleichlaufgelenke 8, 9 ausgeübt werden, welche zu Verspannungen führen könnten.

Fig. 3 zeigt eine geänderte Ausführungsform hinsichtlich des Wellenabschnittes 33′ und des daran angeschlossenen Schiebeab schnittes 29′. Es ist erkennbar, daß in Abwandlung zur Ausfüh rung gemäß Fig. 2 der Verschiebeabschnitt 29′ als Tiefziehteil gestaltet ist. Es ist der Wellenform aufweisende Querschnitt er kennbar. Die Wellenform, das heißt das Vorsehen von Ausbuchtun gen in dem rohrförmigen Abschnitt des Verschiebeabschnittes 29′ bewirkt eine hohe Drehsteifigkeit, so daß unter Drehmoment prak tisch keine Verformungen oder nur geringe Verformungen auftre ten, die jedoch ein einwandfreies Abwälzen der Wälzkörper in den Wellentälern des Verschiebeabschnittes 29′ gewährleisten. Es ist ferner erkennbar, daß der Verschiebeabschnitt 29′ zum Anschluß bereich 35 des Wellenabschnittes 33′ hin einen nach innen einge zogenen Kragen besitzt. Die zentrale Öffnung ist durch einen Stopfen verschlossen. Der Anschlußbereich 35 ist durch eine tel lerartige Vergrößerung des Durchmessers des aus Vollmaterial be stehenden Wellenabschnittes 33′ dargestellt. Der Verschiebeab schnitt 29′ ist mit dem Anschlußbereich 35 durch eine Schweißung 36 verbunden. An dem dem Verschiebeabschnitt 29′ abgewandten En de sind die Anschlußmittel 32 erkennbar. Bei diesen handelt es sich um eine Stirnverzahnung, die an einer dem Wellenabschnitt 33′ angeformten Bund angebracht ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform für eine Gelenkwelle 6′, bei der der der Verbindungswelle 10′ zugehörige Verschiebeabschnitt 29′′ und der Wellenabschnitt 33′′ einstückig und aus einem Rohr dargestellt sind. Dabei ist zum Verschiebeabschnitt 29′′ das Rohr erweitert. Er weist in diesem Bereich eine Drehsteifigkeit auf, die derart bemessen ist, daß auch bei hoher und plötzlicher Drehmomentbelastung keine nennenswerten Verformungen eintreten, die die Funktion des Schiebeteils 25′, das heißt, das leichtgän gige Zulassen von Längenveränderungen zwischen den beiden Gleichlaufgelenken 8′ und 9′ stören könnten. Die Verbindung zwi schen dem Gelenkinnenteil des Gleichlaufgelenkes 8′ und dem rohrförmig gestalteten und im Durchmesser zum Verschiebeab schnitt 29′′ reduzierten Wellenabschnitt 33′′ ist durch einen kurzen Zapfen 18′ gegeben. Dieser kann außen mit einer sich ent lang der Längsachse 22 erstreckenden Verzahnung versehen sein, die in die Bohrung des Wellenabschnittes 33′′ eingepreßt ist, so daß eine innige Verbindung gegeben ist. Die Axialsicherung kann durch einen Sicherungsring erfolgen. Die Drehsteifigkeit des rohrförmigen Wellenabschnittes 33′′ ist ebenfalls nach den Kri terien ausgelegt, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungs beispiel nach Fig. 2 beschrieben wurden.

Bezugszeichenliste

1 Vorderräder
2 Hinterräder
3 Motor
4 Vorderachsdifferential
5 Hinterachsdifferential
6, 6′ Seitenwelle
7 Seitenwelle
8, 8′ Erstes Gleichlaufgelenk
9, 9′ Zweites Gleichlaufgelenk
10, 10′ Verbindungswelle
11 Gelenkaußenteil
12 Außenlaufrille
13 Verbindungszapfen
14 Gelenkinnenteil
15 Innenlaufrille
16 Käfig
17 Kugeln
18 Anschlußzapfen
19 Anschlußmittel
20 Balg
21 Steuerelemente
22 Längsachse
23 Gelenkinnenteil des zweiten Gleichlaufgelenkes
24 Schiebezapfen
25, 25′ Schiebeteil
26 Laufrillen im Schiebezapfen
27 Wälzkörper/Kugeln
28 Käfig
29, 29′ Verschiebeabschnitt
30 Laufrillen im Wellenabschnitt
31 Kappe
32 Anschlußmittel
33, 33′, 33′′ Wellenabschnitt
34 Balg
35 Anschlußbereich
36 Schweißung

Claims

1. Gelenkwelle (6), insbesondere Seitenwelle, zum Antrieb der Räder (1) eines Kraftfahrzeuges mit zwei Gleichlaufgelenken (8, 8′, 9, 9′), welche durch eine Verbindungswelle (10, 10′) miteinander verbunden sind, die ein Schiebeteil (25, 25′) und einen Wellenabschnitt (33, 33′, 33′′) umfaßt, wo bei das Schiebeteil (25, 25′) einen Schiebezapfen (24), einen koaxial um diesen herum angeordneten rohrförmigen Verschiebeabschnitt (29, 29′), der mit dem Wellenabschnitt (33, 33′, 33′′) verbunden ist, und zwischen beiden in par allel zu einer Längsachse (22) der Verbindungswelle (10, 10′) angeordneten Laufbahnen (26, 30) von Schiebezapfen (24) und Verschiebeabschnitt (29, 29′) eingreifende Wälz körper (27) aufweist, wobei ferner der Schiebezapfen (24) und der Wellenabschnitt (33, 33′, 33′′) entweder einteilig mit einem Bauteil jeweils eines der Gleichlaufgelenke (8, 8′, 9, 9′) ausgebildet oder mit diesen verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenabschnitt (33, 33′, 33′′) hinsichtlich seiner Drehsteifigkeit drehweich ausgebildet ist und daß die zum Schiebeteil (25, 25′) gehörenden Bauteile hinsichtlich ihrer Drehsteifigkeit drehsteif ausgebildet sind.

2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schiebeteil (25, 25′) gehörenden Bauteile in Drehrichtung mit Vorspannung zueinander verbaut sind.

3. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenabschnitt (33, 33′) mit Ausnahme seiner beid endigen Anschlußbereiche zylindrisch ausgebildet ist und aus einem Vollmaterial besteht.

4. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenabschnitt (33′′) mit dem Verschiebeabschnitt (29′′) einstückig ausgebildet ist, daß der Verschiebeab schnitt (29′′) als im Querschnitt gewellter Rohrabschnitt und daß der Wellenabschnitt (33′′) als zylindrischer Rohr abschnitt gestaltet ist.

5. Gelenkwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Verschiebeabschnitt (29, 29′) des Schiebeteiles (25) hin vorgesehene Anschlußbereich (35) des Wellenab schnittes (33, 33′) im Durchmesser tellerartig vergrößert ist.