DE2164543A1

DE2164543A1 - Teleskopantriebswelle

Info

Publication number: DE2164543A1
Application number: DE2164543A
Authority: DE
Inventors: Theo Buthe; Hubert Geisthoff
Original assignee: GKN Walterscheid GmbH
Current assignee: Walterscheid GmbH
Priority date: 1971-12-24
Filing date: 1971-12-24
Publication date: 1973-07-12
Also published as: US3800558A; DE2164543B2; DE2164543C3; CA958907A

Description

Die Erfindung betrifft eine Teleskopantriebswelle mit einem inneren im Querschnitt mehrkantig ausgebildeten Wellenteil, der in einem hohlen äußeren Wellenteil axial-verschiebbar unter Zuhilfenahme von einer Führung und Drehmomentübertragung dienenden durch Halter geführten Kugeln angeordnet ist j wobei die Kugeln in endlosen Reihen zwischen innerem und äußerem Wellenteil wälzend bewegbar sind und jeder Umfangsflache des inneren Wellenteils eine endlose Kugelreihe, bestehend aus zwei zueinander und zur Wellenachse parallel verlaufenden geraden Teilstücken, die durch halbkreisförmige Umbogen miteinander verbunden sind, zugeordnet ist, daß die in den geraden Teilstücken befindlichen Kugeln je nach Drehrichtung der Welle wechselweise der Drehmomentübertragung dienen oder entlastet sind und die in den Umlenkbögen befindlichen Kugeln entlastet sind.

Bei einer derartigen Welle ist es bekannt, den äußeren hohlen Wellenteil mit Nuten erheblicher Breite zu versehen, in deren Ecken die Kugeln angeordnet sind und in ihrer Lage durch einen Kugelhalter, der im mittleren freien Teil der Nut befestigt ist, gehalten werden. Der Kugelhalter weist an den Längsseiten runde Ausnehmungen auf, die über einen kleinen Bereich die Kugeln halten. An den schmalen Enden ist der Kugelhalter halbkreisförmig abgerundet. Eine halbkreisförmige Ausnehmung aufweisende Paßstücke, die an einem Flansch angeordnet sind, werden in die Nuten eingeschoben und begrenzen die Umführung. Ferner ist in dem halbkreisförmigen Umführungsbereich eine Vertiefung im Nutengrund bzw. Deckel zur Entlastung der Kugeln vorgesehen (DT-PS 1 525 197).

Von Nachteil bei dieser Ausbildung ist, daß die Funktion der Welle in starkem Maße von den Fertigungstoleranzen abhängig ist. So werden die Kugeln einseitig nur durch den Nutenrand tangiert. Nutenbreite und Breite des Kugelhalters müssen engen Toleranzen genügen, ebenfalls die Länge des Kugelhalters und die Einbaulage der Abschlußdeckel, um ein Herausfallen der

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Kugeln zu vermeiden. Die Einhaltung dieser Toleranzen ist sehr schwierig, da H Bauteile ( 2 Deckel, äußeres Wellenteil, und Kugelhalter) je Kugelreihe eine exakte Lage zueinander einnehmen müssen, um allen Anforderungen gerecht zu werden. Die Auflösung in 4 Bauteile, die in funktionswichtigem Zusammenhang stehen, bringt den Nachteil der Addition der Fehler (Maßabweichungen) mit sich. Von Nachteil ist weiterhin, daß nur einseitig eine bogenförmige Führung durch den Kugelhalter vorhanden ist. Der freie Abstand zwischen Kugelhalter und Nutenrand ist daher verhältnismäßig groß. Der Kugelhalter muß, um ein sicheres Halten der Kugeln zu erreichen, einen Ausgleich der Fertigungstoleranzen in U Richtungen (jeweils in Richtung auf die beiden geraden Teilstücke und die beiden halbkreisförmigen Umführungen jeder Kugelreihe) ermöglichen. Dazu ist er jedoch nur bei Einhaltung sehr enger Fertigungstoleranzen für alle beteiligten Bauteile in der Lage. Ebenfalls bringt die Befestigung des Kugelhalters einige Probleme mit sich. Der Kugelhalter ist in der Nut, also im Innenraum des äußeren Wellenteils exakt auszurichten» Es sind Zentriermittel bei der ti?-* sächlichen Ausführung vorgesehen und Befestigungslöcher zu bohren.

Ferner ist von Nachteil, daß der Kugelhalter an der Kraftübertragung beteiligt ist. Der Kugelhalter muß entsprechend stabil (in der verwirklichten Ausbildung ist er nicht als Blechteil, wie in der Patentzeichnung dargestellt, sondern als stabile Leiste ausgeführt) ausgebildet sein. Die Zentriermittel sind ierforderlich, um die auf den Kugelhalter wirkenden Drehmomentanteile sicher aufnehmen zu können.

Desweiteren ist ein verhältnismäßig großer fertigungstechnischer Aufwand erforderlich, um die Entlastung der Kugeln im Umführungsbereich zu erzielen. Dies liegt darin begründet, daß zur Entlastung Vertiefungen im Nutengrund vorgesehen sind und die Bearbeitung im verhältnismäßig kleinen.Innenraum des Außenteils vorzunehmen ist. Bei der Ausbildung mit in den Deckeln befindlichen halbkreisförmigen ,am Umfang ver-

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teilten. Nuten ist ebenfalls ein ziemlicher Aufwand für
di'e Bearbeitung und Zentrierung zu treiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, den für die Bearbeitung
erforderlichen Aufwand auf ein Optimum zu'reduzieren, ein exaktes wirksames Halten der Kugeln insbesondere im Umführungsbereich zu gewährleisten, eine Auswirkung von Fertigungstoleranzen auf die Halterung der Kugeln weitgehend auszuschalten, den Kugelhalter von aus der Drehmomentübertragung resultierenden Kräften möglichst freizuhalten und eine geringaufwendige Montage- und Ausrichtarbeit zu
ermöglichen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, Beschädigungen der im Umführungsbereich befindlichen Kugeln während des Einführens des inneren Wellenteils in den
äußeren Wellenteil zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der äußere Wellenteil hohlzylindrisch ausgebildet und mit zu den geraden Teilstücken korrespondierenden, die Kugeln führenden, über den inneren Umfang des hohlzylindrischen
Wellenteils verteilten und über mindestens einen Teil dessen Länge sich erstreckenden Führungsrillen versehen ist und daß zwischen innerem und äußerem Wellenteil ein hohlkörperartiger mit Schlitzen, die eine etwa den geraden Teilstücken bzw. Führungsrillen entsprechende Anordnung und Länge und eine Breite, die geringer ist als der Durchmesser der Kugeln, haben, versehener Kugelhalter angeordnet ist, zwischen dem und dem äußeren Wellenteil die Kugeln angeordnet sind, wobei die einander zugewandten Längsenden der zueinander parallelen Schlitze durch einen muschelartig ausgebildeten und halbkreisförmig gebogenen Tunnel, dessen Boden die Außenseite des Kugelhalters ist, miteinander verbunden sind und eine Einlauf- bzw. Auslaufstrecke am Obergang Tunnel/Schlitz vorgesehen ist, die vom Tunnelboden in Richtung zur Oberfläche des inneren Wellenteils verläuft.

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Von Vorteil bei der Lösung nach der Erfindung ist, daß ein Befestigen von Leisten oder dgl. Mittel überflüssig ist, da der die Kugeln führende Kugelhalter ein Bauelement ist. Ferner ist von Vorteil, daß die Kugeln in einem geschlossenen Tunnel geführt sind, so daß die im Umführungsbereich befindlichen Kugeln nicht in Kontakt mit dem inneren Wellenteil kommen. Durch den vorhandenen Tunnel, dessen Boden die Außenseite des Kugelhalters bildet, ist es möglich, Schlitze vorzusehen, die sich nur über die geraden Teilbereiche erstrecken.

Bevorzugt ist der Obergang als Schräge oder Vertiefung P ausgebildet, die in dem aus dem Kugelhalter gebildeten Boden eingedrückt sind, um ein günstiges Abheben und Oberführen der Kugeln in den Tunnel zu erreichen.

Um beim Einführen des inneren Wellenteils in das äußere Wellenteil ein stoßartiges Auftreffen auf die Kugeln zu vermeiden, ist das innere Wellenteil an seinem in das äußere Wellenteil eingeführtem Ende mit einer Fase versehen.

Damit eine Linienberührung der Kugeln mit dem inneren Wellenteil erreicht wird, ist des weiteren nach der Erfinfc dung vorgesehen, daß das innere Wellenteil Laufrillen für die Kugeln aufweist. Bevorzugt ist dabei der Radius der Laufrillen um ein geringes Maß größer als der Kugelradius, wodurch eine Schmiegung der Kugeln an den Laufrillen unter Drehmoment erzielt wird..

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Tunnel ein vom Kugelhalter getrenntes Bauteil, das im zusammengebauten Zustand der Welle vom Kugelhalter, äußerem Wellenteil und einem Abschlußdeckel gehalten ist.

Der am inneren Ende der Kugelführung angeordnete Tunnel kann fest mit dem Kugelhalter verbunden sein, während der dem äußeren deckelseitigen Ende des äußeren Wellenteils

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zugeordnete Tunnel ein getrenntes Bauteil zwecks Erleichterung der Montage und Einführung der Kugeln ist.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Teleskopantriebswelle nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Kardangelenkwelle mit teleskopierbarem Wellenteil im Teilschnitt

Fig. 2 die Teleskopantriebswelle in Perspektive und geschnitten

Fig. 3 einen Teillängsschnitt in der Ebene der Längsachse

Fig. 4 einen Teillängsschnitt in der Ebene der Führungsschlitze

Fig. 5 einen Schnitt A-B gemäß Fig. 3 durch den Führungsteil Fig. 6 einen Schnitt C-D gemäß Fig. 3 Fig. 7 einen Schnitt E-F gemäß Fig. 3

Fig. 8 einen zur Fig. 7 vergleichbaren Schnitt bei einer Teleskopantriebswelle mit Laufrillen im inneren Wellenteil

Die in Fig. 1 dargestellte Teleskopantriebswelle besteht im wesentlichen aus dem äußeren Gelenkwellenteil 2 , in dem ein innerer Gelenkwellenteil 1 axial verschiebbar angeordnet ist. Zwischen beiden Wellenteilen 1 und 2 sind Kugeln 4 zur Drehmomentübertragung angeordnet,, die durch einen Kugelhalter 3 mit Umlenktunneln 5 und 6

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gehalten und geführt werden. An das äußere Wellenteil kann ein Verlängerungsrohr 9 beliebiger Länge angeschlossen werden. Inneres Gelenkteil 1 und äußeres Gelenkteil 2 bzw. Verlängerungsrohr 9 sind mit Kardangabeln 7 und 8 verbunden.

Der Kugelhalter 3 ist ein dem inneren Wellenteil 1 etwa entsprechender in der Grundform quadratischer (prismatischer) Hohlkörper, der mit je zwei Schlitzen 10, 11 bzw. 10a, b, c und 11a, b, c je Seite versehen ist. Diese befinden sich in der Nähe der Kanten des inneren Wellenteils 1 und haben eine Breite, die geringer ist als der Durchmesser der Kugeln 4 . Die Schlitze 10, 11 erstrecken sich über eine bestimmte Länge und ihre Enden 12 und 13 bzw. 15 und IH sind durch einen muschel- bzw. röhrenartigen halbkreisförmig gebogenen Tunnel 5,6 miteinander verbunden. Den Boden 32 der Tunnel 5, 6 bildet die Außenseite des Kugelhalters 3 . Der Durchtritts-Querschnitt des Tunnels 5,6 ist größer als der der Kugeln 4 . Die Kugeln 4 liegen in RiIIi^1-. 16, die sich im äußeren Wellenteil 2 befinden und sind zwischen äußerem Wellenteil und Kugelhalter 3 gehalten. Anschließend an die axial sich erstreckenden Rillen 16 , deren Länge der der Schlitze 10, 11 entspricht, ist das äußere Wellenteil 2 in seinem Innenraum erweitert ausgebildet. Die Ausnehmungen 17, dienen zur Aufnahme der Tunnel 5,6, die aus einem Blech geformt sind und Auflageflächen aufweisen, mit denen sie auf dem Kugelhalter aufliegen.

Am Obergang Tunnel 5,6 - Schlitze 10, 11 sind Schrägen 19, 20 vorgesehen, die ein Abheben der Kugeln 4 von der Oberfläche des inneren Wellenteils 1 und eine Oberführung in den Tunnel 5, 6 bewerkstelligen (Fig. 5 + 6). Der Kugelhalter ist axial zwischen einem Steg 21 und einem Flansch 23 bzw. Ring 22 gehalten. Die Tunnel 5, 6 weisen an den Seiten des weiteren um 45° zur Oberfläche des Kugelhalters 3 nach außen gerichtet verlaufende Fortsätze

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24, 25 auf und mit deren Schmalkanten stützen sie sich an den rillenseitigen Kanten 26, 2 7 der Ausnehmungen 17, 18 ab. Andererseits stützen sie sich in der Ausnehmung 17 bzw. 18 und am Steg 21 oder Flansch 23 bzw. Ring 22 ab.

Das innere Wellenteil 1 ist an seinem Einführungsende mit einer Fase 28 versehen, durch die verhindert wird, daß beim Einführen des inneren Wellenteils 1 in das äußere Wellenteil 2 die Kugeln 4 stoßartig beansprucht werden.

Je nach Drehrichtung ist je Quadratseite des inneren Wellenteils 1 eine Reihe 29 bzw. 29a von Kugeln 4 belastet, während die andere Reihe 30 bzw. 30a usw. der Quadratseite entlastet ist. Beim Teleskopieren der Wellenteile 1 und 2 wandern die Kugeln, 4 der belasteten Reihe 29 oder 30 je nach Drehrichtung der Welle durch den Tunnel 5 oder 6 und gelangen von dort in die unbelastete Reihe 30 oder 29 .

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 8) sind auch im inneren Wellenteil 1 Laufrillen 31 für die Kugeln 4 angeordnet. Hierdurch wird eine Linienberührung der Kugeln 4 und damit eine günstigere Flächenpressung erreicht. Der Radius dieser Laufrillen 31 ist geringfügig größer als der der Kugeln 4 , so daß unter Drehmoment eine gute Anlage der Kugeln 4 gewährleistet ist.

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Claims

Patentansprüche;

Teleskopantriebswelle mit einem inneren im Querschnitt mehrkantig ausgebildeten Wellenteil, der in einem hohlen äußeren Wellenteil axialverschiebbar unter Zuhilfenahme von einer Führung und Drehmomentübertragung dienenden durch Halter geführten Kugeln angeordnet ist, wobei die Kugeln in endlosen Reihen zwischen innerem und äußerem Wellenteil wälzend bewegbar sind und jeder Umfangsfläche des inneren Wellenteils eine endlose Kugelreihe, bestehend aus zwei zueinander und zur Wellenachse parallel verlaufenden geraden Teilstücken, die durch halbkreisförmige Umlenkbogen miteinander verbunden sind, zugeordnet ist, daß die in den geraden Teilstücken befindlichen Kugeln je nach Drehrichtung der Welle wechselweise der Drehmomentübertragung dienen oder entlastet sind und die in den Umlenkbogen befindlichen Kugeln entlastet sind, dadurch gekennzeichnet,

daß der äußere Wellenteil (2) höh!zylindrisch ausgebildet und mit zu den geraden Teilstücken (29, 30) korrespondierenden, die Kugeln (4) führenden, über den inneren Umfang des hohlzylindrischen Wellenteils (2) verteilten und über mindestens einen Teil dessen Länge sich erstreckenden Führungsrillen (16) versehen ist und daß zwischen innerem (1) und äußerem Wellenteil (2) ein hohlkörperartiger mit Schlitzen (10, 11), die eine etwa den geraden Teilstücken bzw. Führungsrillen (16) entsprechende Anordnung und Länge und eine Breite, die geringer ist als der Durchmesser der Kugeln (4), haben, versehener Kugelhalter (3) angeordnet ist, zwischen dem und dem äußeren Wellenteil (2) die Kugeln (4) angeordnet sind, wobei die einander zugewandten Längsenden der zueinander parallelen Schlitze (10, 11) durch einen muschelartig ausgebildeten und halbkreisförmig gebogenen Tunnel (5, 6), dessen Boden (32) die Außenseite des Kugelhalters (3) ist, miteinander verbunden sind und

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eine Einlauf- bzw. Auslaufstrecke am Übergang-Tunnel (5, 6) Schlitz (29, 30) vorgesehen ist, die vom Tunnelboden (32) in Richtung Oberfläche des inneren Wellenteiles (1) verläuft.
2. Teleskopantriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Übergang eine Schräge (19) oder Vertiefung ist, die in den aus dem Kugelhalter (3) .gebildeten Boden (32) eingedrückt ist.
3. Teleskopantriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Wellenteil (1) an seinem in das äußere Wellenteil (2) eingeführten Ende mit einer Fase (28) versehen ist.
4. Teleskopantriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Wellenteil (1) mit Laufrillen (.31) für die Kugeln (4) versehen ist.
5. Teleskopantriebswelle nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Radius der Laufrillen (31) um ein geringes Maß größer ist als der Kugelradius.
6. Teleskopantriebswelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Tunnel (5, 6) ein vom Kugelhalter (3) getrenntes Bauteil ist, das im zusammengebauten Zustand der Welle vom Kugelhalter (3), äußeren Wellenteil (2) und einem Abschlußdeckel (22, 32) gehalten ist.

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