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Die
Erfindung betrifft eine Wellenanordnung zur Drehmomentübertragung,
umfassend eine erste und eine zweite Welle, wobei eine der Wellen
einen Hohlwellenabschnitt aufweist, innerhalb dessen ein Wellenabschnitt
der anderen Welle axialverschieblich jedoch auf Drehmitnahme gelagert
ist, wobei zwischen Hohlwellenabschnitt und Wellenabschnitt ein axial
bewegliches Wälzlager angeordnet ist, dessen Wälzlagerelemente
mittels eines Käfigs zueinander in definiertem Axialabstand
gehalten sind.
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Derartige
Wellenanordnungen sind beispielsweise als kardanisch gelagerte Antriebswellen bei
PKWs bekannt. Eine solche Antriebswelle besteht aus zwei auf Drehmitnahme
gekoppelten Teilwellen, welche im Bereich eines Schiebestücks
axial verschieblich gelagert sind. Das Schiebestück wird vom
Hohlwellenabschnitt der ersten Teilwelle und dem darin angeordneten
Wellenabschnitt der zweiten Teilwelle gebildet. Die Antriebswelle überträgt
das Drehmoment beispielsweise vom Getriebe an die angetriebene PKW-Achse.
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Beim
Einfedern des Fahrzeugs kommt es zu einer Lageveränderung
der Antriebsaggregate und folglich zu einer axialen Längenveränderung
der Antriebswelle, welche durch das Schiebestück ausgeglichen
wird.
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Im
Bereich des sogenannten Schiebestücks, also im Überlappungsbereich
der zwei Teilwellen, sind die miteinander in Kontakt stehenden Flächen vorteilhafterweise
reibungsminimierend gestaltet. Dies kann durch Schmierstoffe, Oberflächenbearbeitung,
Materialwahl oder auch durch Wälzlager geschehen, die im
gemeinsamen Überdeckungsbereich zwischen den Teilwellen
angeordnet sind.
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Wälzlager
haben den wesentlichen Vorteil, die durch die Axialverschiebung
der Teilwellen hervorgerufene Gleitreibung weitestgehend zu minimieren.
Eine entsprechende Wellenanordnung ist beispielsweise aus
DE 101 58 545 B4 bekannt.
Hier werden umfangsversetzt mehrere Wälzlager in Form von
Kugelkäfigen zwischen Hohlwellenabschnitt und Wellenabschnitt
angeordnet, so dass bei Axialverschiebung kein gegenseitiges Aneinandergleiten
von Oberflächen in Bereichen der Teilwellen mehr stattfindet,
sondern die Teilwellen im Wesentlichen aneinander abrollen. Der
Kugelkäfig ist dabei derart im Schiebestück positioniert,
dass er einen maximalen Verschiebeweg ermöglicht, ohne
aus dem gegenseitigen Überlappungsbereich der Teilwellen
im Bereich des Schiebestücks zu gelangen.
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Da
in der Praxis das Wälzlager in Form des Kugelkäfigs
der
DE 101 58 545
B4 sich innerhalb des Schiebestücks nicht nur
rollend bewegt, sondern eine minimale Ortsverlagerung durch ein
Verschieben stattfindet, kommt es zum sogenannten Kriechen des Wälzlagers
im Schiebestück.
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Infolge
des Kriechens verlässt das Wälzlager seine Neutrallage
und kollidiert bei Axialverschiebung schließlich mit Bauteilbereichen,
die sich an das Schiebestück anschließen. Dies
führt zur Zerstörung des Wälzlagers und
schließlich zur Blockierung der Axialverschiebung der Wellen
im Schiebestück.
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Die
DE 10 2004 039 642
B3 schlägt vor, definierte Anschläge
für den Kugelkäfig vorzusehen. Wenn der Kugelkäfig
im Schiebestück kriecht und bei Axialverschiebung der Teilwellen
keinen ausreichenden Bewegungsweg mehr zur Verfügung hat,
verhindert der Anschlag zumindest eine Zerstörung des Wälzlagers.
Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass die Teilwellen
bei Axialbewegung dann nicht länger aneinander abrollen
können. Deshalb ist die Axialbewegung beim Anschlagen der
Kugelkäfige nicht länger gleitreibungsfrei, was
jedoch der eigentliche Zweck des im Schiebestück angeordneten Wälzlagers
ist. Durch die Gleitreibung kommt es zur Bildung von Gleitplatten
an den Kugeln, wodurch das Wälzlager dauerhaft beschädigt
wird.
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Auch
DE 102 33 758 B4 nimmt
sich der Problematik des Kriechens des Wälzlagers an und schlägt
vor, zusätzlich zu den Kugeln radial vorgespannte Rollkörper
aus elastischem Material in dem Kugelkäfig zu lagern. Diese
dienen als Bremselement und sollen eine Verschiebung des Wälzlagers, also
das Kriechen, verhindern. Aufgrund ihrer Elastizität sind
diese Rollen zur Drehmomentübertragung nicht geeignet.
Sicher ausschließbar ist das Kriechen des Wälzlagers
zwischen Hohlwelle und Wellenabschnitt in der Ausführungsform
der
DE 102 33 758
B4 jedoch nicht. Neben der erheblichen Verminderung der
Gleitreibung übertragen die Wälzlager zusätzlich das
Drehmoment von der ersten auf die zweite Teilwelle. Sie koppeln
die Wellen somit auf Drehmitnahme.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Wellenanordnung zu schaffen, deren die
Axialverschieblichkeit gewährleistenden Wälzlager
keine unkontrollierte Bewegung zwischen Hohlwelle und Wellenabschnitt ausführen
können, insbesondere nicht kriechen.
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Gelöst
wird die Aufgabe von einer Wellenanordnung mit den Merkmalen des
Anspruches 1, insbesondere mit den kennzeichnenden Merkmalen, wonach
das Wälzlager ein Zwangsführmittel aufweist, welches
mittelbar oder unmittelbar formschlüssig in die Umfangsfläche
des Wellenabschnittes und des Hohlwellenabschnitts eingreift.
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Das
in Hohlwelle und Wellenabschnitt eingreifende Zwangsführmittel
schafft mittelbar einen Formschluss zwischen Hohlwelle und Wälzlager
sowie Wälzlager und Wellenabschnitt. Dieser Formschluss
gewährleistet selbstverständlich eine Axialbeweglichkeit
des Wälzlagers bei Axialverschiebung von Hohlwelle und
Wellenabschnitt. Er sichert jedoch auch, dass jegliche Axialbewegung
des Wälzlagers unmittelbar und ausschließlich
durch die Axialverschiebung von Hohlwelle und Wellenabschnitt induziert
und mit dieser gekoppelt und zu dieser proportional ist. Eine Gleitreibungsbewegung
des Wälzlagers zwischen Hohlwelle und Wellenabschnitt ist ausgeschlossen.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform kennzeichnet sich
dadurch, dass das Wälzlager einen Käfig umfasst,
in welchem axial hintereinander, vorzugsweise metallene Rollen als
Wälzlagerelemente gelagert sind, deren Rollenachsen in
parallelen Ebenen gelagert, die Rollenachsen zweier benachbarter
Rollen jedoch um 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
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Gegenüber
den Wälzlagerelementen in Form von Kugeln haben Rollen
den wesentlichen Vorteil, die aufgebrachten Umfangskräfte
besser zu übertragen. Die aus dem Stand der Technik bekannten
Kugeln neigen unter Drehmoment tendenziell dazu, in ihren Rinnen
zu steigen. Dies wird nach Nutzen des notwendigen Passungsspiels
durch die zweite Rinne des jeweiligen Rinnenpaares verhindert. In
gewissen Oberflächenbereichen der Kugeln ist jedoch die
Krafteinwirkung größer als in anderen, was eine ungleichmäßige
Abnutzung zur Folge hat. Dieser konstruktive Mangel begrenzt das
maximal übertragbare Drehmoment und die Lebensdauer des
Wälzlagers.
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Die
vorgeschlagenen Rollen hingegen haben eine gerade Kontaktlinie,
die auf einer planen Gegenfläche (Lauffläche)
anliegt und unter Drehmoment vollkommen gleichmäßig
belastet ist.
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Es
ist vorgesehen, dass die Laufflächen für die Wälzlagerelemente
direkt in die Umfangsfläche von Hohlwellenabschnitt und/oder
Wellenabschnitt eingearbeitet sind.
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Ergänzend
oder alternativ kann vorgesehen sein, dass in die Umfangsfläche
von Hohlwellenabschnitt und/oder Wellenabschnitt eine Schiene eingelegt
ist, die die Laufflächen für die Wälzlagerelemente ausbildet.
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Weiterhin
ist es denkbar, dass in die Umfangsfläche von Hohlwelle
und/oder Wellenabschnitt ein gehärtetes Blech eingebettet
ist, welches die Lauffläche für die Wälzlagerelemente
ausbildet.
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In
jedem Fall ist es sinnvoll, wenn die Laufflächen aus gehärtetem
Material, insbesondere aus gehärtetem Metall bestehen,
um einen möglichst lange Lebensdauer der Laufflächen
zu gewährleisten.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher in den
Hohlwellenabschnitt eine Schiene eingelegt ist, die Laufflächen
für die Wälzlagerelemente ausbildet und wellenabschnittsseitig
die Laufflächen direkt in die Umfangsfläche eingearbeitet sind.
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Bei
dieser Ausführungsform kann weitestgehend mit Standardbauteilen
gearbeitet werden, welche mit relativ einfachen Maßnahmen
um die erfindungsgemäßen Wälzlager ergänzbar
sind.
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Konkret
ist vorgesehen, dass das Zwangsführungsmittel ein im Käfig
ortsfest angeordnetes Zahnrad ist, welches in einen gezahnten Oberflächenbereich
von Hohlwellenabschnitt und/oder Wellenabschnitt eingreift, der
gegebenenfalls von einer Zahnstange gebildet ist, wobei diese Ausführungsform
weiterbildbar ist, indem die vorerwähnte Schiene den gezahnten
Oberflächenbereich aufweist.
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Aus
fertigungstechnischen Gründen kann es von Vorteil sein,
wenn der Wellenabschnitt von einer Welle mit einer außenumfänglich
angeordneten, mit der Welle Verzahnten Hülse gebildet ist.
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Die
Hülse als relativ kleines und leicht bearbeitbares Bauteil
kann mit notwendigen Laufflächen und gezahnten Oberflächen
versehen werden. Dies ist gegenüber der direkten Bearbeitung
der Welle wesentlich einfacher.
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Schließlich
ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der im Schiebestück
mehrere Wälzlager umfangsversetzt um den Wellenabschnitt
herum angeordnet sind, die Hohlwelle und Wellenabschnitt auf Drehmitnahme
koppeln.
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Eine
weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass,
der Käfig (22), welcher die Wälzlagerelemente
(23) beabstandet hält, als den Wellenabschnitt
(16) umgebende Käfighülse (43)
ausgebildet ist.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass das Zwangsführmittel (29) außerhalb
einer Bewegungsbahn der Wälzlagerlemente (23)
an der Käfighülse (43) angeordnet ist.
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Dabei
ist konkret angedacht, dass das Zwangsführmittel (29)
umfangsbeabstandet zu den Wälzlagerelementen (23)
an der Käfighülse (43) angeordnet ist.
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Das
Anordnen des Zwangsführmittels außerhalb der Bewegungsbahn
der Wälzlagerelemente hat im Wesentlichen den Vorteil,
dass die Dimensionierung von Zwangsführmitteln, insbesondere
Zahnrad sowie den Formschluss gewährleistenden Oberflächenbereichen
von Wellenabschnitt und Hohlwellenabschnitt, insbesondere die gezahnte
Oberfläche bzw. die Zahnstange in weiten Bereichen frei
gewählt werden kann. Insofern ist die Zwangsführung,
welche von Zwangsführmittel und den Formschluss gewährleistenden
Oberflächenbereichen gebildet ist, leicht an die zu erwartende
Belastung angepasst werden.
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Es
ist durchaus denkbar, und insbesondere in Zusammenhang mit der Ausgestaltung
des Käfigs als Käfighülse vorgesehen,
dass die Wälzlagerlemente (23) als Kugeln (44)
ausgebildet wird.
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Der
vereinfachten Fertigung wegen ist es sinnvoll, wenn die Käfighülse
(43) mehrere umfangsversetzte Gruppen von axial zueinander
beabstandet angeordneten Wälzlagerelementen (23)
hält.
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Anstelle
einer Vielzahl von einzelnen Käfigen für verschiedene
Wälzlager bildet die Käfighülse das Käfigelement
für eine Vielzahl von Wälzlagern aus.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
verschiedener Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
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1 einen
Axialschnitt durch das Schiebestück einer Gelenkwelle,
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2 einen
Axialhalbschnitt durch das Schiebestück einer Gelenkwelle,
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3 eine
Ausschnittvergrößerung gemäß III
in 2,
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4 einen
Radialschnitt durch das Schiebestück einer Gelenkwelle,
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5 einen
Ausschnittvergrößerung des Radialschnitts gemäß V
in 4,
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6 einen
Radialschnitt durch eine Gelenkwelle einer alternativen Ausführungsform,
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7 eine
Ausschnittsvergrößerung des Radialschnitts gemäß VII
in 6,
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8 einen
Radialschnitt durch eine Gelenkwelle einer alternativen Ausführungsform,
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9 eine
Ausschnittsvergrößerung des Radialschnitts gemäß IV
der 8,
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10 einen
Radialschnitt durch eine Gelenkwelle einer alternativen Ausführungsform,
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11 eine
Ausschnittsvergrößerung des Radialschnitts gemäß XI
in 10,
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12 einen
Radialschnitt durch eine Gelenkwelle einer alternativen Ausführungsform,
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13 eine
Ausschnittsvergrößerung des Radialschnitts gemäß XIII
in 12,
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14 eine
teilweise im Axialschnitt dargestellte Gelenkwelle,
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15 Detailansicht
des Schiebestücks der Gelenkwelle in 14,
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16 einen
Radialschnitt durch eine Gelenkwelle einer alternativen Ausführungsform,
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17 einen
Radialschnitt gemäß 16 mit
alternativen Wälzlagerelementen.
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In
den Figuren ist eine Gelenkwelle als Beispiel für die erfindungsgemäße
Wellenanordnung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen.
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Die
Gelenkwelle 10 ist in ihrer Gesamtheit in 14 dargestellt.
Sie umfasst eine erste Teilwelle 11 sowie eine zweite Teilwelle 12.
Jede der Teilwellen weist ein kardanisches Gelenk 13 mit
je einem Befestigungsflansch 14 auf.
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Die
erste Teilwelle 11 ist vorliegend insgesamt als Hohlwelle
ausgebildet. Innerhalb eines Hohlwellenabschnitts 15 der
ersten Teilwelle 11 ist ein Wellenabschnitt 16 der
zweiten Teilwelle 12 axial verschieblich angeordnet, mit
der ersten Teilwelle 11 jedoch auf Drehmitnahme gekoppelt.
Im Bereich der gegenseitigen Überdeckung von Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 bildet die Gelenkwelle 10 ein
sogenanntes Schiebestück oder auch eine Längsverschiebeeinheit
aus. Das Schiebestück dient dazu, im Betrieb der Gelenkwelle 10 auftretende
Längenveränderungen ausgleichen zu können. Diese
Längenveränderungen resultieren aus Lageveränderungen
der an den Befestigungsflanschen 14 angebundenen Aggregate.
Durch Hinein- oder Hinausgleiten des Wellenabschnitts 16 im
Hohlwellenabschnitt 15 lässt sich die Längenveränderung
der Antriebswelle 10 bewerkstelligen. Der maximal mögliche
Ausgleich wird durch den Bereich gegenseitiger Überdeckung
von Hohlwellenabschnitt 15 und Wellenabschnitt 16 und
somit durch die Länge des Schiebestücks definiert.
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Das
Schiebestück ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 17 versehen
und in 1 im Axialschnitt dargestellt. Der Wellenabschnitt 16 ist
innerhalb des Hohlwellenabschnittes 15 gelagert. Auf den Wellenabschnitt 16 ist
eine Hülse 18 aufgeschoben, auf welche im späteren
noch eingegangen wird. Zwischen der Außenumfangsfläche 19 der
Hülse 18 und der Innenumfangsfläche 20 des
Hohlwellenabschnitts 15 sind umfangsversetzt zueinander
mehrere, insgesamt mit 21 bezeichnete Wälzlager
angeordnet, von denen eines im Axialschnitt der 1 sowie
im axialen Halbschnitt der 2 dargestellt
ist.
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Der
Aufbau des Wälzlagers 21 wird aus der in 3 dargestellten
und in 2 mit III versehenen Ausschnittsvergrößerung
deutlich. Bei dem Wälzlager 21 handelt es sich
um einen sogenannten Kreuzrollenkäfig, der mehrere in einem
Kafigkörper 22 drehbar gelagerte Wälzlagerelemente 23 in
Form von Rollen 24 umfasst. Die Drehachsen 25 der
Rollen 24 liegen jeweils in Parallelebenen 26,
die in 3 orthogonal zur Papierebene ausgerichtet und in
Form von gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Drehachsen 25 zweier
benachbarter Rollen 24 sind jedoch zueinander um 90° versetzt
und bilden so – von einer nicht dargestellten Stirnseite
des Wälzlagers aus gesehen – ein Kreuz. Infolgedessen
sind auch die Abrollflächen 27 hinsichtlich ihrer
Berührungsbereiche mit Laufflächen 28 von
Hohlwellenabschnitt 15 und Wellenabschnitt 16 um
90° zueinander versetzt.
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Das
Wälzlager 21 weist zudem ein Zwangsführmittel 29 – in
konkreter Ausführungsform ein Zahnrad 30 – auf.
Dessen Achse 31 ist ebenfalls in einer Parallelebene 26 angeordnet.
Das Zahnrad 30 greift formschlüssig in gezahnte
Oberflächenbereiche 32 von Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 ein. In konkreter Ausführungsform
sind die gezahnten Oberflächenbereiche als Zahnstangen 33 ausgebildet.
Die gezahnten Oberflächenbereiche 32 bzw. die
Zahnstangen 33 haben eine in Axialrichtung der Gelenkwelle 10 gerichtete
Längenausdehnung, so dass das Wälzlager 21 zwischen
Hohlwellenabschnitt 15 und Wellenabschnitt 16 axial
beweglich ist. Die Zahnstangen 33 – eingelegt
in passende Oberflächenausnehmungen – können
aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein.
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Das
Wälzlager 21 erfüllt im Schiebestück 17 der
Gelenkwelle 10 zwei Funktionen. Zum einen minimiert es
die Reibung bei axialer Relativverschiebung des Wellenabschnittes 16 innerhalb
des Hohlwellenabschnittes 15 erheblich. Die Axialbewegung erfolgt
gleitreibungsfrei. Zum zweiten koppeln die Wälzlagerelemente 21 die
erste Teilwelle 11 und die zweite Teilwelle 12 auf
Drehmitnahme. Die Wälzlagerelemente 21 übertragen
folglich das Drehmoment von der ersten Teilwelle 11 auf
die zweite Teilwelle 12 oder umgekehrt.
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Eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Wellenanordnung findet sich in den 4 und 5.
Der Radialschnitt durch das Schiebestück 17 der
Gelenkwelle 10 zeigt zunächst den Hohlwellenabschnitt 15,
den Wellenabschnitt 16 sowie die zuvor erwähnte
Hülse 18. Die Hülse 18 ist auf
dem Wellenabschnitt 16 mittels einer Verzahnung 34 formschlüssig
angeordnet. Gleichmäßig zueinander umfangsversetzt
sind zwischen der Außenumfangsfläche 19 der
Hülse 18 und Innenumfangsfläche 20 des
Hohlwellenabschnitts 15 drei Wälzlager 21 der
vorbeschriebenen Art angeordnet. Eines der Wälzlager ist in 5 ebenfalls
im Radialschnitt gezeigt. Dieser stellt die in 4 mit
V bezeichnete Ausschnittsvergrößerung dar.
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In
den Hohlwellenabschnitt 15 wie auch in die Hülse 18 sind
innen- bzw. außenumfänglich zunächst
etwa dachförmige, axialgerichtete Nuten eingearbeitet,
in die Bleche 35 eingelegt sind. Diese bestehen aus einem
gehärteten Material, vorzugsweise Metall, und bilden die
Laufflächen 28 von Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 bzw. Hülse 18 aus.
Am jeweils tiefsten Bereich der dachförmigen Nut schließt
sich eine mit 36 bezeichnete im Querschnitt etwa rechteckige
Zahnstangennut an, in welcher die Zahnstange 33 eingelegt
ist oder direkt in die Hülse 18 oder den Hohlwellenabschnitt 15 eingearbeitet
ist.
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Das
Verwenden einer Hülse 18, die auf den Wellenabschnitt 16 aufgesetzt
und an diesem befestigt ist, hat hinsichtlich der Fertigung erhebliche
Vorteile. Die notwendige Bearbeitung zur Anordnung der Bleche 35 und
der Zahnstange 33 muss nicht direkt an der zweiten Teilwelle 12 erfolgen.
Anstelle der Bearbeitung einer im Zweifel recht langen und daher
unhandlichen Teilwelle 12 erfolgt die Bearbeitung einer leicht
handhabbaren Hülse 18. Insbesondere dann, wenn
die Laufflächen 28 nicht durch Einsetzen von beispielsweise
Blechen, sondern direkt vom Wellenmaterial aus gebildet werden sollen,
erlaubt es die Verwendung einer Hülse 18 auch
ein für die Laufflächen 28 und/oder den
gezahnten Oberflächenbereich 32 geeignetes Ausgangsmaterial
zu wählen.
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Die 6 und 7 zeigen
eine prinzipiell mit den 4 und 5 identische
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Wellenanordnung. Hier wurde auf die mit der Welle 16 Verzahnte
Hülse 18 verzichtet, so dass die notwendige Bearbeitung
zum Einbringen von Blechen 35 und Zahnstange 33 direkt auf
dem Außenumfang 39 der Welle 16 stattfindet.
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Die 8 und 9 bilden
die in den 6 und 7 dargestellte
Ausführungsform weiter. Im Unterschied zur dortigen Darstellung
wurde auf die Bleche 35 zur Ausbildung geeigneter Laufflächen 28 verzichtet.
Stattdessen bilden Außenumfangsfläche 39 des
Wellenabschnittes 16 bzw. der Innenumfangsfläche 20 des
Hohlwellenabschnittes die Laufflächen 28 für
die nicht dargestellten Rollen 24 direkt aus. Hierzu wurden
die entsprechenden Flächenbereiche nach Einarbeitung der
dachförmigen Nuten durch geeignete Verfahren gehärtet,
um der Belastung unter Drehmoment standzuhalten.
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Eine
weitere Ausführungsform der Wellenanordnung ist in den 10 und 11 dargestellt. Diese
unterscheidet sich gegenüber den bisherigen Ausführungsformen
wiederum nur in der Art und Weise, in welcher Hohlwellenabschnitt 15 und
Welle 16 mit den notwendigen Laufflächen und Zahnstangen für
die Wälzlagerelemente 21 versehen werden. Im vorliegenden
Falle werden in den Außenumfangsfläche 39 des
Wellenabschnittes 16 und in die Innenumfangsfläche 20 des Hohlwellenabschnittes 15 in
etwa rechteckige Nuten 37 eingearbeitet. In diese werden Schienen 38 eingelegt
und mit geeigneten Mitteln befestigt. Diese Schienen 38 weisen
sowohl die erforderlichen gezahnten Oberflächen 32 bzw.
Zahnstangen 33, wie auch die Laufflächen 28 auf.
Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass
die Schienen 38 als Standardbauteile herstellbar sind und
eine standardisierte Bearbeitung von Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 erfolgen kann. Dies hat fertigungstechnisch
erhebliche Vorteile.
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Selbstverständlich
sind verschiedene Mischformen der vorgenannten Ausführungsbeispiele denkbar.
Insbesondere können die Laufflächen 28 und
die gezahnten Oberflächenbereiche 33 von Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 durch unterschiedliche Mittel ausgebildet
sein. Ein Beispiel hierfür ist das Ausführungsbeispiel
der 12 und 13. Hier
ist der Wellenabschnitt 16 gemäß der
eingangs dargestellten Ausführungsform der 4 und 5 ausgebildet.
Der Wellenabschnitt 16 ist insbesondere mit einer mittels
einer Verzahnung 34 verbundenen außenumfänglich
aufgeschobenen Hülse 18 versehen. Entsprechend
der Ausführungsform der 10 und 11 bildet
der Hohlwellenabschnitt 15 seine Laufflächen 28 mittels einer
Schiene 38 aus, die innerhalb einer Nut 37 der Innenumfangsfläche 20 angeordnet
ist. Die Schiene 38 ist mit der Zahnstange 33 versehen.
Weist die Hülse 18 in der Ausführungsform
der 4 und 5 Laufflächen 28 auf,
die durch speziell gehärtete Bleche 35 gebildet
werden, bildet vorliegend die Außenumfangsfläche 19 der
Hülse die Laufflächen 28 direkt aus,
indem die entsprechenden Flächenbereiche durch ein geeignetes
Verfahren gehärtet wurden. Anstelle einer Zahnstange 33 wurde
ein gezahnter Oberflächenbereich 32 geschaffen.
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Beliebige
andere Kombinationen der Ausbildung der Laufflächen 28 und
der Anordnung von Zahnstange 33 bzw. der Ausbildung von
gezahnten Oberflächenbereichen 32 sind denkbar.
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Nun
sei das Augenmerk nochmals auf 15 gelegt.
Die dortige Ausschnittsvergrößerung zeigt ein
Schiebestück 17, dessen Wellenabschnitt 16 konisch
ausgebildet ist. Auf diesem Wellenabschnitt 16 ist eine
Hülse 40 aufgepresst, die innenumfänglich
eine entsprechende Gegenkonizität aufweist. Hierbei kann
es sich um einen klassischen Längspressverband handeln,
bei welchem die Hülse 40 mit entsprechend hoher
Axialkraft auf den Wellenabschnitt 16 aufgepresst wird.
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Bei
einer außerordentlich bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich jedoch um einen Ölpressverband. Hier wird
beim Fügen von Hülse 40 und Wellenabschnitt 16 durch
nicht dargestellte Kanäle Öl zwischen die Außenumfangsfläche 41 des Wellenabschnitts 16 und
die Innenumfangsflläche 42 in der Hülse 40 gepresst.
Hierdurch wird für den Fügevorgang in die Reibung
zwischen Hülse 40 und Wellenabschnitt 16 stark
vermindert. So wird es möglich, den Fügevorgang
kontrolliert durchzuführen und in die Hülse derart
aufzuweiten, dass das Passungsspiel zwischen Hülse 40 und
Hohlwellenabschnitt 15 auf das absolut notwendige Maß reduziert
wird. So lässt sich indirekt das Passungsspiel zwischen
den Wälzlagerelementen 23 und den Laufflächen 28 regulieren.
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16 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung.
Das im Radialschnitt dargestellte Schiebestück 17 einer
Gelenkwelle 10 umfasst wiederum einen Hohlwellenabschnitt 15 und
einen Wellenabschnitt 16, auf welchem außen umfänglich eine
verzahnte Hülse 18 angeordnet ist. Zwischen der
Innenumfangsfläche 20 des Hohlwellenabschnitts 15 und
der Außenumfangsfläche 19 der Hülse 18 sind
umfangsbeabstandet mehrere Wälzlager 21 angeordnet.
In die Innenumfangsfläche 20 des Hohlwellenabschnittes 15 sind
axial Nuten 37 eingearbeitet, in welche Schienen 38 mit
Laufflächen 28 eingesetzt sind. Die hülsenseitigen
Laufflächen 28 werden von der Hülse 18 selbst
gebildet.
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Anstelle
mehrerer umfangsversetzt angeordneter Käfigkörper 22,
welche die Wälzlagerelemente 23 – hier
in Form von Rollen 24 – halten, ist zwischen Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 eine Käfighülse 43 angeordnet.
Diese hält mehrere umfänglich beabstandete Gruppen
axial hintereinander angeordneter Wälzlagerelemente 23.
Es ist durchaus denkbar, dass die Zwangsführmittel 29 in
Form von Zahnrädern 30, wie bei den vorherigen
Ausführungsformen im Bereich der Bewegungsbahn, an der Wälzlagerelemente 23 angeordnet
sind, insbesondere zwischen den axial voneinander beabstandeten Rollen 24.
Bei der Ausführungsform der 16, welches
eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist, sind die
Zahnräder 30 außerhalb der Bewegungsbahn
der Wälzlagerelemente 23, insbesondere umfangsversetzt
zu diesen angeordnet. Ebenso verhält es sich mit den Zahnstangen 33 bzw.
den gezahnten Oberflächenbereichen 33, die in
der Bewegungsbahn der Zahnräder 30 angeordnet
sind. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die Anzahl der
Zwangsführungen – bestehend aus Zwangsführmittel 32 und geeigneter
Oberfläche seitens Hohlwellenabschnitt 15 und
Wellenabschnitt 16 – nicht von der Anzahl der Wälzlager 21 abhängig
ist. Insbesondere können weniger Zwangsführungen
als Wälzlager 21 vorgesehen sein, was die Produktionskosten
senkt.
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Diese
Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass die
Dimensionierung der Zahnstangen 33 und der Zahnräder 30 unabhängig
von der Dimension der Wälzlagerelemente ist und deshalb
besser an die zu erwartenden Belastungen anpassbar sind. Anstelle
gezahnter Oberflächenbereiche 32 und Zahnstangen 33 lassen
sich auch in Nuten eingelegte Ketten verwenden. Diese bilden dann mit
einem Kettenrad als Zwangsführmittel 29 eine Zwangsführung
für die Wälzlager 21 aus.
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Die
Ausführungsform der 17 entspricht im
Wesentlichen der 16. Die Wälzlagerelemente 23 sind
hier jedoch als Kugeln 44 ausgebildet.
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- 10
- Gelenkwelle
- 11
- erste
Teilwelle
- 12
- zweite
Teilwelle
- 13
- kardanisches
Gelenk
- 14
- Befestigungsflansch
- 15
- Hohlwellenabschnitt
- 16
- Wellenabschnitt
- 17
- Schiebestück
- 18
- Hülse
- 19
- Außenumfangsfläche
v. 18
- 20
- Innenumfangsfläche
v. 15
- 21
- Wälzlager
- 22
- Käfigkörper
- 23
- Wälzlagerelelemente
- 24
- Rollen
- 25
- Drehachsen
- 26
- Parallelebenen
- 27
- Abrollflächen
v. 24
- 28
- Laufflächen
- 29
- Zwangsführmittel
- 30
- Zahnrad
- 31
- Achse
v. 30
- 32
- gezahnte
Oberflächenbereiche
- 33
- Zahnstangen
- 34
- Verzahnung
- 35
- Bleche
- 36
- Zahnstangennut
- 37
- Nuten
- 38
- Schienen
- 39
- Außenumfangsfläche
v. 16
- 40
- Hülse
- 41
- Außenumfangsfläche
von 16
- 42
- Innenumfangsfläche
von 40
- 43
- Käfighülse
- 44
- Kugel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10158545
B4 [0005, 0006]
- - DE 102004039642 B3 [0008]
- - DE 10233758 B4 [0009, 0009]