DE2522108A1

DE2522108A1 - Teleskopische welle

Info

Publication number: DE2522108A1
Application number: DE19752522108
Authority: DE
Inventors: Waldemar Armasow; Hans Lindenthal; Heinz Schweizer
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1975-05-17
Filing date: 1975-05-17
Publication date: 1976-11-18
Also published as: FR2311958A1

Description

ap/O 2387 Voith Getriebe KO

Kennworts "Teleskop-Welle" Heidenheia (Brenz) Teleskopisohe Welle

Die Erfindung betrifft eine teleskopische Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Wellen werden zum Längenausgleich insbesondere als MittelstUcke von Gelenkwellen benutzt. Bei der Verwendung solcher Gelenkwellen z.B. zur Kraftübertragung auf die Treibachsen von Schienentriebfahrzeugen könnt es darauf an, daß der Längenausgleich» d.h. das Längsverschieben der beiden teleskopischen Wellenteile relativ zueinander, auch bein übertragen sehr hoher Drehmomente möglichst reibungsfrei erfolgt.

Zu diesem Zweck besitzt eine bekannte teleskopische Welle (DT-OS 22 37 ^08) eine Hohlwelle mit drei in deren Innerem angeordneten und sich in Längsrichtung erstreckenden Ausnehmungen} Jede dieser Ausnehmungen bildet zwei Rollbahnen für je eine auf der Innenwelle um eine radiale Achse drehbar gelagerte Rolle. Die Innenwelle besitzt hierzu drei radiale Lagerzapfen, auf denen je eine der Rollen, vorzugsweise mittels Nadellagern, gelagert ist* Bei dieser bekannten teleskopischen Welle ist zwar der Reibungswiderstand beim Längenausgleich verhältnismäßig gering; jedoch 1st der Fertigungsaufwand für die Hohlwelle mit den innenliegenden Rollbahnen sehr hoch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine teleskopisch« Welle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, die mit einfacheren Mitteln als die bekannte Welle herstellbar 1st.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch das Anordnen der Rollbahnen auf der Innenwelle erzielt man gegenüber der bekannten Bauweise den Vorteil, dafl die Rollbahnen von außen her gefertigt werden können und nicht mehr von innen her bearbeitet zu werden brauchen· Dies erleichtert die Herstellung der Rollbahnen beträchtlich. Bei der bekannten Welle muß nämlich zur Herstellung der Hohlwelle entweder ein Kaltform-

.A ORIGINAL INSPECTED

609847/0586

verfahren angewandt werden, wozu sehr teure Einrichtungen erforderlich sind, oder man muß die Ausnehmungen von innen her aus einem dickwandigen Rohr herausarbeiten. Die letztere Methode ist ebenfalls sehr aufwendig und führt außerdem zu einer Hohlwelle mit sehr großer Hasse und daher mit ungünstigem Schwingungsverhalten, da zwischen den Ausnehmungen Bereiche mit sehr großer Wanddicke verbleiben.

Neben geringerem Fertigungsaufwand hat die erfindungsgemäße teleskopische Welle noch den weiteren Vorteil, daß ihr Bauvolumen geringer ist als bei der bekannten Welle. Die letztere hat zumindest über die gesamte Länge der Verschiebbarkeit einen verhältnismäßig großen Außendurchmesser. Ein entsprechend großer Außendurchmesser tritt dagegen bei der erfindungsgemäßen Welle nur örtlich auf, d.h. nur an der Stelle der Lagerung für die Rollen. In den übrigen Bereichen weist die erfindungsgemäße Welle einen viel kleineren Außendurchmesser auf als die bekannte Welle. Somit besteht für die erfindungsgemäße Welle ein geringerer Platzbedarf, was sich zum Beispiel im Falle eines Schienentriebfahrzeuges sehr günstig auf die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten des Fahrzeuges auswirkt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die teleskopische Welle eine geringere Masse und dementsprechend ein günstigeres Sohwingungsverhalten aufweist.

Gemäß einem wichtigen weiterführenden Gedanken der Erfindung werden die Lager für die Rollen unmittelbar in der Hohlwelle angeordnet, wobei Außenflächen der Rollen als Lagerflächen dienen (Anspruch 2). Danach ist Jede Rolle nicht mehr mit einem innerhalb der Rolle befindlichen Lager auf einem Zapfen gelagert! vielmehr entfällt der Zapfen, und die Rolle ist mit einem die Rolle außen umhüllenden Lager unmittelbar in der Hohlwelle abgestützt. Dadurch gewinnt man einen weiteren Vorteil, der nicht ohne weiteres erkennbar 1st; denn die vorgenannte Anordnung der Lager für die Rollen bestanden

erhebliche Bedenken» Ea 1st nämlich nunnehr zwangsläufig erforderlich, das Lager in radialer Richtung welter außen anzuordnen als die sogenannte RollaantelflBobe (mit der die Rolle auf der Rollbahn abrollt). Dadurch wird auf das Lager jeder Rolle durch die bei der Drehmomentübertragung auftretende Kraft im Unterschied zu der

609847/0586 ./.

bekannten Bauweise ein Kippmoment ausgeübt. In allgemeinen versucht Man* insbesondere wenn hohe Lebensdauer gefordert wird, eine derartige Konstruktion« bei der das Lager zusätzlich durch ein Kippmoment belastet ist, stets zu vermeiden. Deshalb wurde bei der bekannten teleskopisch«! Welle das Lager zwischen einer Holle und den dazugehörenden« auf der Innenwelle befestigten radialen Lagerzapfen konzentrisch innerhalb der Rolloantelfläche der Holle angeordnet.

Die Erfinder haben aber erkannt, daß man gerade durch das Abweichen von der bisher als besonders günstig angesehenen Bauwelse den entscheidenden Vorteil gewinnt« daß man die Lager für die Hollen Ib Vergleich zu der bekannten Bauwelse beträchtlich vergrößern kannj und zwar kann der Lagerdurchmesser nunmehr sogar größer als der Durchmesser der Rollmantelfläche ausgeführt werden» Dadurch kann nicht nur das genannte Kippmoment ohne Schwierigkeiten beherrscht« sondern darüber hinaus die Lebensdauer der Lager im Vergleich zu der bekannten Bauweise sogar noch beträchtlich erhöht werden·

Damit eine ausreichende Parallelführung der beiden Wellenteile zueinander gewährleistet ist« können nach dem Vorbild der DT-OS 22 27 4O8 zwei Rollensätze in gewissem axialen Abstand voneinander vorgesehen werden. In der Regel soll jedoch - bei einem vorgeschriebenen NaS der Längsverschiebbarkelt - die teleskopisch« Welle möglichst kurz gehalten werden. In diesem Falle wird man stets nur einen einzigen Satz von zum Beispiel drei oder vier über den Wellenumfang verteilen Rollen vorsehen und zur Parallelführung die Hohlwelle auf einer Verlängerung der Innenwelle lagern. Iln solches Führungelager wird man in der Regel an dem die Xnnenwelle umhüllenden Ende der Hohlwelle anordnen. Die erfindungsgemäte Welle wird man hierbei zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches weiter ausgestalten. Dadurch wird Im Gegensatz zu der bekannten Welle der welter· Vorteil erzielt, dal die beiden Wellenteil·« d.h. dl· Innenwelle und dl· Hohlwell· stets ohne weiter·· voneinander getrennt werden können. Dadurch werden eventuelle Wartungearbeiten sehr erleichtert. Demgegenüber muß bei der bekannten Well·« bei der die Merkmal· des Anspruches 2 garnicht anwendbar sind, zum Trennen der beiden Wellenteil· zumindest dl· Hohlwelle z«rl«gt werden;

809847/0586

in der Regtl nüssen auch noch di· zur Lagerung der Rollen dienenden Zapfen von der Innenwelle demontiert werden* Ee nuß daher für die Zapfen eine aufwendige Keilwellenverbindung vorgesehen werden, die stets ein gewisses Spiel aufweist» so dad die erforderliche Genauigkeit der Führung der Rollen auf den Rollbahnen beeinträchtigt wird. Dadurch besteht die Oefahr, daß die spezifische Belastung der Rollmantelflächen und der Rollbahnen überhöht und somit deren Lebensdauer vermindert wird»

In den Ansprüchen 4 bis 7 sind verschiedene konstruktive Oeataltungsmöglichkelten der erfindungsgemäSen teleskopischen Welle beschrieben. Sine zur übertragung eines besonders hohen Drehmomentes bestimmte teleskopische Helle wird man vorzugsweise nach dem Anspruch 4 ausgestalten.

Durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 8 kann erreicht werden» dad für das Führungslager kein zusätzlicher Platzbedarf entsteht) d.h. die gesamte Baulänge der teleskopischen Welle kann um die Länge des Führungslagers verkürzt werden. Gerade dieser Vorteil kann bei der Anwendung teleskopischer Wellen» insbesondere in einem Schienentriebfahrzeug, von entscheidender Bedeutung sein·

Die zur Lagerung der Rollen in der Hohlwelle dienenden Lager» vorzugsweise Wälzlager» können recht unterschiedlich ausgebildet sein. Zur leichteren übertragung des auf die Rollen wirkenden Kippmomentes wird man ta der Regt! zweireihige Wälzlager (Rollen* oder Kegelrollenlager verwenden)· Besonder« vorteilhaft kann es sein« zweireihige Schrägkugellager zu verwenden, weil deren Platzbedarf In Achsrichtung gering ist und die Auftenmaie der teleskopisch«! Well· somit kleiner werden.

Qf

609847/0586

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine teleskopische Welle teilweise im Längsschnitt;

. Fig. 2 und 3 Querschnitte nach den Linien II-II bzw. IH-III der Fig. 1 in einem gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 und 5 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, Jeweils in einem Querschnitt, der in gleicher Weise wie der Querschnitt nach der Linie H-IZ in Fig. 1 durch die Welle gelegt ist;

Fig. 6 eine bevorzugte Lagerung für die Rollen. Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte teleskopische Welle ist Bestandteil einer Gelenkwelle; sie umfaßt die folgenden Einzelteile: ·

10 Innenwelle;

11 daran befestigte Gelenkgabel;

12 drei gleichmäßig über den Umfang der Innenwelle verteilte Längsnuten mit angenähert rechteckigem Querschnitt;

15 von den Seitenflächen der Längsnuten 12 gebildete Rollbahnen;

15 Hohlwelle, vorzugsweise aus Gußeisen hergestellt;

16 daran mittels einer Flanschverbindung befestigte Gelenkgabel;

17 drei in der Hohlwelle I5 gelagerte Rollen;

zweireihig.,

18 Rollenlager,/zur Lagerung der Rollen 17* zugleich zur Abstützung der Rollen 17 in Richtung der Rollenachsen;

19 Lagerbüchsen der Rollenlager 18;

20 Längsführungslager zwischen der Innenwelle 10 und der Hohl- · welle 15;

21 von der Mantelfläche der Innenwelle 10 gebildete Lagerfläche für das Längsführungslager 20;

22 Dichtungsringe zwischen der Innenwelle 10 und der Hohlwelle 15·

In Flg. 1 ist die teleskopische Welle in ihrer voll zusammengeschobenen Stellung dargestellt. Das Längsführungslager 20 1st als Kugelhülae : mit drei Kugelreihen ausgebildet, wobei die drei Kugelreihen gegenüber den drei Rollen 17 um 60° versetzt sind (Fig. 5). Dadurch wird erreicht, daß die Kugel bei voller Aus-

609847/0586

dehnung der teleskopischen Welle an den zwischen den Nuten 12 verbleibenden Mantel flächenteilen 21a der Innenwelle 10 anliegen, die somit Bestandteil der Lagerfläche 21 sind und den gleichen Durohmesser D wie diese haben.

Andere AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren und 5 dargestellt. In Fig. 4 weist die Innenwelle 30 im Bereich der Rollbahnen 33 die Form eines Prismas mit quadratischem Querschnitt auf« dessen Seitenflächen die Rollbahnen 33 bilden. Zur Drehmomentübertragung dienen hier die Stirnflächen der in der Hohlwelle 35 gelagerten Rollen 37. Jeder Rolle 37 ist außer einem Radiallager 38a ein Axiallager 38b zugeordnet, das sich gegen einen Lagerdeckel 39 abstützt. Die Stirnfläche Jeder Rolle 37 kann, wie in Flg. 4 übertrieben dargestellt, als flacher Kegel ausgebildet sein*

Das AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Flg. 4 im wesentlichen dadurch, daß die auf der Innenwelle 50 angeordneten Rollbahnen 53 von der Wand je einer Nut 52 gebildet sind, die einen kreisabschnlttförmigen Querschnitt aufweist« Die Rollen 57 sind wiederum in der Hohlwelle drehbar gelagert* Die Stirnfläche jeder Rolle 57 hat die Form eines der Nut 52 entsprechenden und in diese eingreifenden Kugelabschnittes.

In Fig. 6 ist eine gegenüber den vorhergehenden Ausführungsbeispielen abgewandelte Lagerung für die Rollen 17 mit einem zweireihigen Schrägkugellager 48 dargestellt.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Achsen der Rollen 17*37» 57 radial zur Wellenaohse angeordnet, und jede Rolle besitzt an ihrem äußeren Ende nur ein einziges Radiallager (18,38a). Stattdessen können die Rollenaehsen auch tangential zur Innenwelle angeordnet sein, z.B. können an einer Innenwell· nit quadratischem Querschnitt die Rollen in Gegensatz zu Fig. 4 nicht mit ihrer Stirnfläche, sondern mit ihrer Mantelfläche anliegen; hierbei können die Rollen an ihren beiden Enden in der Hohlwelle gelagert werden. Man wird in diesem Falle je zwei Rollen in zwei Ebenen anordnen, die In einem gewissen axialen Abstand voneinander liegen.

Heidenhei», den 609847/0586
$h/HKn

Claims

»ρ/Ο 3387 * Voith Getriebe KG

Kennwort: "Teleskopwelle" Heidenheim (Brenz)

Patentansprüche

Teleskopische Welle Bit einer Innenwelle (10, 30, 30) und einer hierzu koaxial angeordneten Hohlwelle (15, 35, 55), von denen die eine mehrere über den Umfang verteilte Rollen (17* 37» 57) aufweist, die um Je eine vorzugsweise radiale Achse drehbar gelagert sind, und von denen die andere für Jede der Rollen eine Rollbahn (33, 53) oder vorzugsweise zwei Rollbahnen (13) aufweist, die sich in Längsrichtung erstreckt bzw. erstrecken und die derart angeordnet ist bzw. sind, daß die Rollen durch Zusammenwirken mit den Rollbahnen als Dreh·* momentttbertragungskurper dienen, dadurch gekennzeichnet, das die Rollbahnen (13* 33» 53) der Innenwelle (10, 30, 50) und die Lager (16, 38a, 58b, 48) für die Rollen"(17* 37· 57) der Hohlwelle (15, 35* 55) zugeordnet sind.
2. Teleskopische Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (18, 38a, 38b, 48) für die Rollen (17, 37* 57) unmittelbar in "der Hohlwelle (I5* 35» 55) angeordnet sind, wobei AuBenflachen der Rollen als Lagerflachen dienen·
3· Teleskopisch« Welle mit einem die gegenseitige Parallelführung der beiden Wellentelle (10, 15; 30* 35< 50, 55) bewirkenden Führungelager (20), das an dem die Inaenwelle (10, 30* 50) umhüllenden Ende der Hohlwelle (15* 35* 55) angeordnet 1st, nach Anspruch X oder 2* dadurch gekennzeichnet, das der Durchmesser (D) der Lagerflache (21) der Innenwell· zumindest gleich groi ist wie der grölte "Durchmesser des die Rollbahnen (13) tragenden Teiles der Innenwelle (10)·

609847/0586
4. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbahnen (13) von den Seiten· flächen von Nutesa(12) mit angenähert rechteckigem Querschnitt gebildet sind« in welche die Rollen (17) eingreifen.
5. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Innenwelle (30) angeordneten Rollbahnen (33) von den Seitenflächen eines vorzugsweise regelmäßigen Prismas gebildet sind« und daß die Stirnfläche jeder Rolle (37) zur Drehmomentübertragung mit einer der genannten Seitenflächen (33) zusammenwirkt.
6. Teleskopische Welle nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche jeder Rolle (37) als flacher Kegel ausgebildet 1st*
7. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, daß jede Rollbahn (33) von der Wand einer Nut

(51) mit kreisabschnittförmigein Querschnitt gebildet ist, und daß die Stirnfläche jeder Rolle (57) die Form eines der Nut

(52) entsprechenden und in diese eingreifenden Kugelabschnittes aufweist.
8. Teleskopische Welle nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Nuten (12, 52) verbleibenden Mantelflächenteile (21a) der Innenwelle (10« 50) zumindest in dem an die Lagerfläche (21) für das Führungslager (20) anschließenden Bereich den gleichen Durchmesser (D) wie die Lagerfläche (21) aufweist.
9. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 2 bis 8« dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (48) für die Rollen (17 oder 37 oder 57) als zweireihige Schrägkugellager ausgebildet sind.

Heidenheim, den 16. Mai 1975
Sh/HKn

609847/0586

Le e rs e

ite