DE2121003C3 - Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges

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DE2121003C3 DE19712121003 DE2121003A DE2121003C3 DE 2121003 C3 DE2121003 C3 DE 2121003C3 DE 19712121003 DE19712121003 DE 19712121003 DE 2121003 A DE2121003 A DE 2121003A DE 2121003 C3 DE2121003 C3 DE 2121003C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeugs, die an beiden Enden je einen quer zur Gelenkwellcnachse angeordneten Bolzen aufweist, wobei auf jedem dieser beiden Bolzen je zwei mittels einer Wälzlagcrung gelagerten Rollen vorgesehen sind, die zur Übertragung des Drehmoments in Nuten eines äußeren Gelenkieils in Achsrichtung der Welle abwälzbar angeordnet sind.
Solche Gelenkwellen haben den Vorzug, die Drehbewegung bei allen Beugungswinkeln gleichförmig zu übertragen, wenn die Beugungswinkel der treibenden und der getriebenen Welle relativ zur Gelenkwelle gleich groß sind, und wenn diese beiden Wellen zusammen mit der Gelenkwelle in einer Ebene liegen. Da es nicht schwierig ist, bei Kraftfahrzeugen mit Hinterradantrieb und Einzelradaufhängung diese Bedingungen zumindest mit einer ausreichenden Näherung zu erfül- is len, eignen sich solche Gelenkwellen gut für den Antrieb von nicht gelenkten Rädern, die einzeln entweder mit Hilfe von zwei parallelogrammartig angeordneten Querlenkern oder mittels eines Schräglenkers am Fahrgestell federnd aufgehängt sind. .*"
Während also die kinematischen Probleme gelöst sind, bereitet es noch immer Schwierigkeiten, mit solchen Gelenkwellen die hohen Ansprüche zu erfüllen, welche die Automobilindustrie in bezug auf den Wirkungsgrad und die axiale Verschiebbarkeit der Gelenke s.s stellt. Um den hohen Stand der Technik zu erreichen, den Gleichlauf-Verschicbegelenke gemäß der deutschen Auslcgeschrift 12 29 343 bezüglich des Wirkungsgrades und der axialen Verschiebbarkeit haben, genügt es nicht, die beiden zur Übertragung des Drehmoments '■" vorgesehenen und in Nuten eines äußeren Gelenktcils abwälzbar angeordneten Rollen mittels einer heute üblichen Wälzlagerung zu lagern, wie sie beispielsweise in der US-PS 30 08 311 dargestellt und beschrieben ist.
Zu der in der deutschen Auslegeschrift 12 29 343 be- fts schriebenen Neuentwicklung ist es gekommen, weil eine deutsche Automobilfabrik feststellen mußte, daß keine der von der Zubehörindustric angebotenen Gelenkwellen den Anforderungen gerecht wurde, die sie anläßlich der Entwicklung eines neuen Fahrzeuglyps in bezug auf einen hohen Übertragungswirkungsgrud und eine minimale Federverhärtung beim Durchfedern der angetriebenen Räder stellte. Inzwischen hat die Fachwelt anerkannt, daß diese beiden Kriterien bei Gleichlauf-Verschiebegelenken nach der deutschen Auslegeschrift 12 29 343 tatsächlich erheblich besser gelöst sind als bei allen bis jetzt bekanntgewordenen Ausführungsformen. Man weiß aber auch, daß diese bessere Funktion mit einem größeren Aufwand an Gewicht und Herstellungskosten erkauft wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gelenkwellen der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern und weiterzuentwickeln, daß ihre Gelenke den hohen Übertragungswirkungsgrad und die minimale Federverhärtung des vorgenannten Standes der Technik erreichen, ohne jedoch dessen Nachteile in bezug auf das Gewicht und die Herstellungskosten zu haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wirksame Lagerlänge der Wälzlagcrung an den Bolzen länger ist als die wirksame Lagerlänge in den Rollen, so daß sowohl am Außendurchmesser des Bolzens als auch in der Bohrung der Rolle die Hertzsche Pressung etwa gleich groß ist. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind die wirksame Lagerlänge am Bolzen und die wirksame Lagrrlänge in der Rolle zueinander axial versetzt, und zwar so, daO der äußere Abstand größer ist als der innere.
Der mit der Erfindung erzielte Hauptvorteil bestehl insbesondere darin, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einfachen Mitteln und ohne eine Erhöhung des Gewichts und der Herstellungskosten gelöst wird. Da die einfache und reparaturfreundlichc Grundkonstruktion von Gelenkwellen der eingangs beschriebenen Art voll erhalten bleibt, und da solche Gelenkwellen leichter und billiger sind als Gelenkwelle!" mit Gleichlauf-Verschiebegelenken gemäß der deutschen Auslegeschrift 12 29 343, ergeben sich beachtliche Vorteile in technischer und wirtschaftlicher Bezie hung.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispicle dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden.
F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Gelenkwelle teils in Ansicht und teils im Schnitt, bei der die an bei den Enden parallel und fluchtend angeordneten Bolzcr lösbar mit der Gelenkwelle verbunden sind, für ein ma ximales Betriebsdrehmoment von etwa lOOOOkpcm etwa im Maßstab 1 : 2;
F i g. 2 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Ge lenkwellc gemäß F i g. 1 etwa im Maßstab 1:1; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch F i g. 2;
F i g. 4 zeigt eines der beiden Enden der Gelenkwelle mit dem lösbar verbundenen Bolzen;
F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Gelenkwelle, bei der die an beiden En den parallel und fluchtend angeordneten Bolzen durcr Einpressen fest mit der Gelenkwelle verbunden sind für ein maximales Betricbsdrehmomcnt von etw; 10 000 kpem. etwa im Maßstab 1:1;
F i g. 6 zeigt einen Teillängsschnitt durch ein äußere! Gclcnkteil gemäß F i g. 5;
F i g. 7 zeigt einen Teilschnitt durch eine das Dreh moment übertragende Rolle gemäß I- i g. 5, etwa irr Maßstab 4:1;
F i g. 8 zeigt einen Querschnitt durch ein äußeres Ge lenkteil gemäß F i g. 5;
F i g. 9 zeigt einen Tcilschnitt durch eine das Dreh
moment übertragende Rolle gemäß F i g. 3 im entlasteten Zustand, etwa im Maßstab 7:1;
Fig. 10 zeigt den gleichen Teilschnitt Λ-ic F i g. 9. jedoch im belasteten und rotierenden Zustand;
F i g. 11 zeigt einen Teilquerschnitt durch F i g. 10;
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Allradantriebs für ein Kraftfahrzeug mit zwei sparren Achsen, bei dem für die drehfeste Verbindung des Zwischengetricbes mit den Achsen Gelenkwellen gemäß F i g. 5 verwendet werden;
Fig. 13 zeigt eine Ansicht der Fig. 12 von hinten mit zwei verschiedenen Stellungen der Starrachse; links in normal belasteter Stellung und rechts in voll durehgefederter Stellung:
Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung einer Hinterachse für ein Kraftfahrzeug mit Einzelradaufhängung, bei der die drehfestc Verbindung des Ausgleichsgetriebes mit den Antriebsrädern mit Hilfe von Gelenkwellen gemäß F i g. 1 erfolgt;
Fig. 15 zeigt ein Diagramm mit den Temperaturwerten, die bei Prüfstandsversuchen mit Gelenkwellen verschiedener Systeme in Abhängigkeit von Einschlagwinkel. Drehmoment. Drehzahl und Laufzeit gemessen worden sind.
Die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gelenkwelle ist für die drehfeste Verbindung des Ausgleichsgetriebes mit den Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs mit einer Hinterachse mit Einzelradaufhängung bestimmt. Die Gelenkwelle 6 weist an beiden Enden je einen quer zur Gelenkwellcnachsc angeordneten Bolzen 5 auf. Auf jedem dieser beiden Bolzen, die parallel und fluchtend angeordnet sind, sind je zwei Rollen 8 mittels einer Rollenlagerung 9 drehbar gelagv_,t. Zur Übertragung des Drehmoments sind die Rollen 8 in Nuten 7 eines äußeren Gelenktcils 3 axial verschiebbar eingebettet. Der Vcrschiebeweg 4 ist wegen der beim Durchfedern auftretenden Längenveränderung von 36 auf 37 crfordcr'ich. Er kann durch eine entsprechende Ausbildung des äußeren Gelenkteils 3 beliebig lang gehalten werden. Die Begrenzung des Verschiebeweges 4 erfolgt mit Hilfe von Puffern 10, die aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise Polyurethan, bestehen und daher ohne l.ärmentwicklung gegen eine mit dem äußeren Gelenkteil fest verbundene Wand 2 sehlagen. Über die Wellen 1, die an beiden Enden der Gelenkwelle mit den äußeren Gelenkteilen 3 fest verbunden sind, wird die drehfeste Verbindung des Ausgleichgetriebes mit den Antriebsrädern hergestellt. Wenn die Beugungswinkel 34 und 35 gleich groß sind, und wenn die beiden Wellen 1 zusammen mit der Gelenkwelle 6 in einer Ebene liegen, eine Bedingung, die bei allen Systemen von Einzelradaufhängungen zumindest mit einer ausreichenden Näherung erfüllt werden kann, dann wird die Drehbewegung gleichförmig übertragen.
Die in den F i g. 5 bis 8 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gelenkwelle ist für die drehfeste Verbindung des Motors bzw. des Gcschwindigkcitswechselgetriebes bzw. des Zwischengetriebes mit dem Ausgleichsgetriebe einer Antriebsachse bestimmt. Die beiden parallel und fluchtend angeordneten Bolzen 12 sind in die Gelenkwelle 13, 16 fest eingepreßt, und die Rollen 17 sind zur Übertragung des Drehmoments in Nuten 18 eines äußeren Gelenktcils 38 axial verschiebbar eingebettet. Il ist die mit dem äußeren Gelenkteil 18 fest verbundene Wand, gegen die der PuIfer 10 zur Begrenzung des Verschiebeweges 4 schlägt. Wenn die Beugungswinkel 32 und 33 gleich groß sind, und wenn die Gelenkwelle 16 zusammen mit der treibenden und der getriebenen Welle in einer Ebene liegen, dann wird die Drehbewegung gleichförmig übertrager!. Im Gegensatz zu F i g. 14, wo sich beim Durchfedern eine Verlängerung von 36 und 37 ergibt, tritt in F i g. 12 eine Verkürzung von 31 auf 30 auf.
LJm zu vermeiden, daß durch diese beim Durchfedern auftretenden Längenveränderungen eine Federverhärtung und damit eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit eintritt, ist die Rollenlagerung 9 der Rollen 8, 17 in einer neuen bis jetzt nochi nicht bekannten Weise gestaltet. Die wirksame Lagerlänge 14, 25 an den Bolzen 5, 12 ist länger als die wirksame Lagerlänge 15, 24 in den Rollen 8, 17. Das Verhältnis dieser verschiedenen Lagerlängen zueinander sollte so sein, daß die Hertzschc Pressung der Lagerrollen 9 am Außendurchjnesser 26 des Bolzens 5 so groß ist wie die in der Bohrung 23 der Rolle 8 auftretende Hertzsche Pressung. Da der Krümmungsradius 28 der Bohrung 23 der Rolle 8 gleichsinnig mit dem Krümmungsradius der Lagerrolle 9 verläuft, und da der Radius 29 des Außendurchmessers 26 des Bolzens 5 eine Krümmung hat, die der der Lagerrollc 9 entgegengerichtet ist, ist bei gleicher Hertzschcr Pressung die Lagerlänge 24 kürzer als die Lagerlänge 25. Daß es in bezug auf die Funktion und auch bearbcitungstcchnisch richtig ist, die Lagerlänge 24 kürzer zu halten als die Lagerlänge 25, ist leicht einzusehen. Die neue Lagergestaltung wird außerdem noch durch eine Betrachtung über die Auswirkungen des Lagerspicls 19 zwischen dem Außendurchmesser 20 der Rolle 8 und der Nut 7 sowie des Lagerspiels 22 zwischen der Bohrung 23 der Rolle 8 und der Rollenlagerung 9 bestätigt. Durch diese Lagcrspielc 19 und 22 entsteht nämlich unter Last eine Konizität 27, bei deren Würdigung offenbar wird, daß die heute üblichen langen Lagerlängen sinnlos sind. Diese Konizität 27 ist auch Veranlassung zu dem Vorschlag, die wirksame Lagerlänge 25 am Bolzen 5 und die wirksame Lagerlänge 24 in der Rolle 8 zueinander axial zu versetzen, und zwar so, daß der äußere Abstand 39 größer ist als der innere 40. Hierdurch wird verhindert, daß sich die Lagerrollen 9 unter dem Einfluß der Konizität 27 verschränken. Eine solche Verschränkung, die man bei den heute üblichen Wälzlageriingcn häufig beobachten kann, führt zu dem gefürchteten »Stieber«-Effekt, durch den das Lager blockiert wird. Die Konizität 27, die in Fig. 10 zum besseren Verständnis übertrieben stark dargestellt ist. wird bei der Berechnung der Hertzsehen Pressung nicht berücksichtigt. Um die Rollen 8. 17, die das Drehmoment übertragen, in optimaler Weise leichtgängig zu machen, werden sie nicht zur Zentrierung der Gelenkwelle herangezogen. Zwischen der Rolle 8 und dem äußeren Gelenkteii 3 ist ein Spiel 21 vorgesehen, und die Zentrierung erfolgt über den Bolzen .5.
Die stark ausgezogene Temperaturkurve des Diagramms nach Fig. 15 stammt von einer Gelenkwelle "lit zwei Gleichlauf-Verschiebegelenken gemäß der deutsclKii Auslegeschrift 12 29 343. Innerhalb des schraffierten leides liegen die Temperaturwerte, die unter den gleichen Prüfbedingiingen mit anderen bis jetzt bekanntgewordenen Ausfuhrungsformen gemessen wurden. Mit Gelenkwellen gemäß der Erfindung können die günstigen Werte der stark ausgezogenen Temperaturkurve erreicht werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges, die an beiden Enden je einen quer zur Gelenkwellenachse angeordneten Bolzen aufweist, wobei auf jedem dieser beiden Bolzen je zwei mittels einer Wälzlagerung geiagerten Rollen vorgesehen sind, die zur Übertragung des Drehmoments in Nuten eines äußeren Gelenkteils in Achsrichtung der Welle abwälzbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Lagerlänge der Wälzlagerung (14, 25) an den Bolzen (5,12) länger ist als die wirksame Lagerlänge (15, 24) in den Rollen (8, 17), so daß sowohl am Außertdurchmesser (26) des Bolzens (5) als auch in der Bohrung (23) der Rolle (8) die Hertzsche Pressung etwa gleich groß ist.
2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Lagerlänge (25) am Bolzen (5) und die wirksame Lagerlänge (24) in der Rolle (8) zueinander axial versetzt sind, und zwar so. daß der äußere Abstand (39) größer ist als der innere (40).
DE19712121003 1971-04-29 1971-04-29 Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges Expired DE2121003C3 (de)

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