DE29902974U1

DE29902974U1 - Biegsame Welle mit Spielunterdrückung

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Publication number: DE29902974U1
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Authority: DE
Original assignee: Gemo G Moritz GmbH and Co KG
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Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2009-02-19
Also published as: FR2790048A1

Description

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Schaefer & Emmel ^Dipl ■^Bl0' ^Dr ™^{omas Emmel}

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18. Februar 1999 Uns. Zeichen: 02345

Gemo G. Moritz
GmbH & Co. KG

Biegsame Welle mit Spielunterdrückung

Biegsame Wellen dienen in der Regel zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebsmotoren und getrennt angeordneten, vom Motor anzutreibenden Einrichtungen. Sie überbrücken Achsversatz bzw. Achswinkelunterschiede und dienen der Schwingungsentkopplung und ähnlichen Zwecken. Ein häufiger Anwendungsfall ist der elektrisch verstellbare Sitz im Kraftfahrzeug, in dem sich mehrere Elektromotoren befinden, die aus konstruktiven Gründen über meist relativ kurze biegsame Wellen an die entsprechenden Sitzgetriebe (vor/ zurück, rauf/ runter, Sitzflächenkippung, Sitzflächenlängenverstellung, Lehnenneigung, Kopfstützenverstellung, Lordosenstütze, etc.) angeschlossen sind.

Biegsame Wellen weisen üblicherweise zu ihrer endseitigen Anschlußkupplung als Mehrkant, üblicherweise Vierkant, ausgebildete Endstücke auf, die zur Montage auf einfache Weise axial in den etwas übermaßigen Innenmehrkant eines Kupplungskörpers gesteckt werden, der den Drehmomentausgang des Motors bzw. den Drehmomenteingang des von der biegsamen Welle getriebenen Getriebes darstellt.

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Bei der Herstellung des Innenmehrkant am Kupplungskörper lassen sich Herstellungstoleranzen nicht vermeiden. Vor allem sind solche Herstellungstoleranzen aber unvermeidbar am Mehrkant der biegsamen Welle, die üblicherweise als verdrilltes Drahtbündel ausgebildet ist, an dem die Endstücke unter hohem Druck durch plastische Verformung mit Preßstempeln in die Mehrkantform gebracht werden.

Bei der Montage einer biegsamen Welle muß das Einstecken des Mehrkant in den Innenmehrkant sehr leicht gehen. Zum einen ist dies aus Gründen der Montagegeschwindigkeit erforderlich. Vor allem muß aber Schwergängigkeit beim Einstecken vermieden werden, da zu hohe Einsteckkräfte den Motor an einem Ende der Welle bzw. das Getriebe am anderen Ende der Welle gefährden könnten. Aus diesen Gründen wird der Innenmehrkant mit Übermaß gegenüber dem Mehrkant gefertigt. Das Sollübermaß beträgt beispielsweise 0,2 mm bei einem Vierkant mit Abstand zwischen den Vierkantflächen von 3 mm. Damit wird sichergestellt, daß bei Maßabweichungen und auch bei Oberflächenverschmutzungen bzw. Fertigungsgraten noch ein leichtes Einstecken möglich ist.

Dieses erforderliche Übermaß zwischen Innenmehrkant und Mehrkant führt allerdings im Regelfall zu störendem Spiel an dieser Kupplungsstelle. Dieses führt wiederum zu Geräuschbelästigungen, die beim heutigen Stand der Automobiltechnik unbedingt vermieden werden müssen. Die heutige Automobiltechnik strebt unbedingte "Grabesstille" auch beim Überfahren von Kopfsteinpflaster an.

Bei eingeschaltetem Motor, wenn die biegsame Welle das Drehmoment überträgt, legt sie sich in beiden Kupplungsstellen links- oder rechtsdrehend mit den Ecken des Innenmehrkant gegen die Ecken des Außenmehrkant. Wird jedoch plötzlich die Drehrichtung umgeschaltet so ergibt sich durch das Lastwechsel-

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spiel ein Umlegen von Linksanlage in Rechtsanlage unter Erzeugung eines Knackgeräusches. In Ruhe, wenn kein Drehmoment übertragen wird, klappern die Mehrkante ebenfalls in den Innenmehrkanten aufgrund des bestehenden Spieles.

Zur Verhinderung solcher Geräusche sind im gattungsgemäßen Stand der Technik den Mehrkant überragende Einrichtungen bekannt.

Die DE 29723288 U zeigt zu diesem Zweck eine Beflockung des Mehrkants. Die Flocken füllen den Maßunterschied zwischen Mehrkant und Innenmehrkant und ergeben eine starke Geräuschdämpfung.

Bei der Konstruktion der DE 19717502 Cl ist der Mehrkant bereichsweise elastisch beschichtet um die Querschnittsdifferenz zwischen Mehrkant und Innenmehrkant zu füllen.

Bei diesen bekannten Konstruktionen ist durch die Verwendung einer Beflockung oder einer elastischen Beschichtung in relativ kleinflächigen Bereichen dafür Sorge getragen, daß zwar das Spiel unterdrückt wird, die Einsteckkräfte aber dennoch nicht zu hoch werden.

Ferner ist es aus der DE 3603666 Al bekannt, den Mehrkant in einer Hämmertechnik unter leichter Verdrehung herzustellen. In Achsrichtung gesehen, ist also der Anfang des Mehrkants gegenüber dem Ende des Mehrkants schraubenförmig verdreht. Dadurch ergibt sich eine Drehverkeilung des Mehrkant im gerade gefertigten Innenmehrkant, was ebenfalls eine Spielunterdrückung ergibt.

Nachteilig bei allen genannten Konstruktionen ist der erhebliche Fertigungsaufwand durch Beflocken, Beschichten oder durch die komplizierte Hämmertechnik.

Diese Techniken eignen sich also für ein kostengünstig herzustellendes Massenerzeugnis, wie es insbesondere von der Kraftfahrzeugindustrie gefordert wird, nur sehr schlecht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine biegsame Welle der eingangs genannten Art mit ausreichender Spielunterdrückung besonders kostengünstig auszubilden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Um das üblicherweise verwendete Drahtbündel der biegsamen Welle in den Endstücken sicher gegen Drahtaufspleissungen zu verpressen, sind erhebliche, das Material plastisch verformende Kräfte erforderlich. Mit diesen kann das Mehrkantmaterial in Vertiefungen der Preßstempel ausgequetscht werden. Werden solche Ausquetschungen kleinflächig auf dem Mehrkant vorgesehen, so ergeben sich auf diesem das Sollmaß überschreitene kleinflächige Erhebungen, die den Spielzwischenraum zum Innenmehrkant überbrücken, jedoch aufgrund ihrer Kleinflächigkeit nur geringe Reibkräfte beim Einstecken erzeugen. Die Herstellung der Ausquetschungen erfolgt ohne Mehraufwand unmittelbar beim Pressen des Mehrkants, woraus sich eine sehr kostengünstige Herstellung ergibt. An den Preßstempeln müssen lediglich entsprechende Vertiefungen vorgesehen werden, die einfach zum Beispiel durch Schleifen anbringbar sind und die Festigkeit, insbesondere Standfestigkeit des Preßstempels nicht gefährden, so daß auch keine Erhöhungen der Werkzeugkosten entstehen.

Vorteilhaft gemäß Anspruch 2 sind die Ausquetschungen linienförmig auf den Vierkantflächen ausgebildet, an denen beim Pressen die höchsten Fließkräfte entstehen. Eine linienförmig gerade Ausbildung der Ausquetschungen ermöglicht die Ausbildung der entsprechenden Vertiefungen in den Preßstempeln in Form

einfacher Längsrillen. Die Ausquetschungen können in vorteilhafter gerader Ausbildung zum Beispiel gemäß Anspruch 3 quer zur Wellenachse über die Mehrkantflächen verlaufen. Sie laufen dann in vorteilhafter Weise bis in die Eckbereiche um dort insbesondere das Lastwechselspiel zu unterdrücken. Bei vorteilhafter Anordnung gerader Ausquetschungen parallel zur Wellenachse gemäß Anspruch 4 können die Ausquetschungen zum Beispiel mittig in den Mehrkantflächen angeordnet sein und dort besonders wirkungsvoll das Ruhespiel ausgleichen. Sie können jedoch auch seitlich versetzt an den Kanten angeordnet sein um dort insbesondere das Lastwechselspiel zu unterdrücken.

Das Ausquetschen kann unterstützt werden durch neben den Vertiefungen im Preßstempel angeordnete Erhöhungen, die auf dem Mehrkant neben der Ausquetschung eine Nut einbringen. Dadurch kann der Fließvorgang vorteilhaft beeinflußt und zum Fließen erforderliches Material bereitgestellt werden.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Hierbei weist der Preßstempel im Bereich der Mehrkantflächen lediglich eine quer zur Wellenachse angeordnete Erhöhung auf, die in die Mehrkantfläche ein entsprechende Nut einquetscht. Das Material kann an den Rändern der Nut nicht ausquetschen, sondern nur an den Mehrkantecken zwischen die Spalte zwischen den Stempeln. Es ergeben sich somit punktförmige Ausquetschugen an den Mehrkantecken, die sehr kleinflächig und reibarm in Eckenanlage das Spiel, insbesondere das Lastwechselspiel unterdrücken.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen :

Fig. 1 eine Stirnansicht auf einen Vierkant in einer Vierstempelpresse,

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Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2 - 2 in Fig. 1,

Fig. 3 die Darstellung eines Vierkant entsprechend Fig. 2 mit einer Ausfuhrungsvariante der Ausquetschungen,

Fig. 4 eine axiale Endansicht des Vierkant der Figur 3 in einem Kupplungsstück mit Innenvierkant,

Fig. 5 die Darstellung eines Vierkant gemäß Fig. 4 mit einer weiteren

Ausführungsvariante der Ausquetschungen,

Fig. 6 in einem vergrößerten Teilschnitt gemäß Linie 6 - 6 in Fig. 2 den

Bereich einer Ausquetschung,

Fig. 7 eine Darstellung gemäß Fig. 6 mit einer Ausquetschung anderer

Profilgebung,

Fig. 8 im Schnitt gemäß Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführungsvariante

einer Ausquetschung mit anderer Profilgebung und passendem Stempelprofil,

Fig. 9 eine Darstellung gemäß Fig. 3 eines Vierkant mit einer weiteren

Ausführungsvariante von Ausquetschungen und

Fig. 10 eine Stirnansicht des Vierkant der Fig. 9

In den Fig. 1 und 2 ist eine aus einem verdrillten Drahtbündel hergestellte biegsame Welle 1 runden Querschnittes dargestellt, die in Ihrem Endbereich zu einem Vierkant mit Vierkantflächen 2 verpresst ist. Die Verpressung erfolgt mit vier

Stempeln 3 einer Presse, die mit hohem Druck unter Fließen des Drahtmateriales die Welle 1 im Endbereich in die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Form bringt, mit ebenen Vierkantflächen 2 und dazwischenliegenden kurzen, gebogenen Eckflächen 4 im Bereich der Spalte zwischen den Stempeln 3, wie in Fig. 1 ersichtlich. Die Endfläche 5 der Welle ist z. B. durch nachträgliches Schleifen verrundet. Die zum Betrachter weisende ebene Vierkantfläche ist in Fig. 2 mit zwei jeweils von Ecke zu Ecke laufenden gekreuzten Linien in der üblichen Weise dargestellt.

Die Welle 1 wird mit ihrem durch die Vierkantflächen 2 gebildeten Vierkant zur Kupplung in ein übliches Kupplungsstück 6 gesteckt, wie es in Fig. 4 im Schnitt dargestellt ist. Das Kupplungsstück 6 weist einen Innenvierkant mit Vierkantflächen 7 auf, die gegenüber dem Maß des Außenvierkant von zum Beispiel 3 mm zwischen den Außenflächen ein größeres Maß aufweisen von z. B. 3,2 mm. Es ergibt sich der in Fig. 4 zu sehende rundumaufende Spalt von 0,1 mm zwischen den Innenvierkantflächen 7 und den Außenvierkantfiächen 2. Dieser Spalt kann zu Klappergeräuschen führen.

Um diese zu verhindern, ist der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vierkantendbereich der Welle 1 mit Einrichtungen zur Spielunterdrückung versehen und zwar mit linienförmigen, quer zur Achse der Welle 1 angeordneten Ausquetschungen 8, die auf den Vierkantflächen 2, diese überragend, ausgebildet sind. Sie werden erzeugt durch entsprechende Rillen 9 in den Stempeln 3 der Presse, wie in Fig. 2 zu ersehen. Bei den hohen Preßkräften fließt das in den Vierkantflächen 2 weggequetschte Material in die Rillen 9 der Stempel 3 und bildet somit die Ausquetschungen 8. Haben diese beispielsweise eine Höhe von 0,1 mm, so füllen sie genau den anhand von Fig. 4 besprochenen Spalt zu den Innenvierkantflächen 7 des Kupplungsstückes 6. Aufgrund ihrer kleinflächigen Ausbildung, die wesentlich geringer ist als die Gesamtfläche der Vierkantfläche 2, kommt es jedoch nur zu

geringer Reibung, sollte sich bei Maßabweichungen ein Klemmen ergeben. Zu hohe Ausquetschungen 8 können dann schon mit geringer Einsteckkraft abgeschabt werden.

Fig. 3 zeigt das in Fig. 2 dargestellte Endstück der Welle 1 mit einer Ausfuhrungsvariante der Ausquetschungen 18, die in diesem Falle nicht quer sondern parallel zur Achse der Welle 1 und zwar mittig auf den Mehrkantflächen 2 angeordnet sind. Diese Ausfuhrungsform des Vierkants ist in Fig. 4 eingesteckt in das Kupplungsstück 6 dargestellt. Man sieht, daß die Ausquetschungen 18 mittig gegen die Innenvierkantflächen 7 des Kupplungsstückes 6 anliegen. Diese Anlage ergibt insbesondere in Ruhestellung der Welle 1, wenn diese also nicht drehbelastet ist, ein gute Klappersicherung.

Fig. 5 zeigt in Darstellung gemäß Fig. 4, also in Endansicht, dieselbe Welle 1 mit Vierkantflächen 2. Es sind Ausquetschungen 28 vorgesehen, die, wie die Ausquetschungen 18 der Fig. 3 und 4, parallel zur Achse der Welle 1 verlaufen, jedoch nicht, wie dort dargestellt, mittig auf den Vierkantflächen 2, sondern je zu zweit auf einer Vierkantfläche seitlich gegen die Eckflächen 4 hin versetzt. Diese Ausfuhrungsform wirkt ähnlich wie die der Fig. 3 und 4, jedoch mit besserer Eckabstützung gegen Lastwechselspiel. Allerdings ergeben sich auch höhere Einsteckkräfte durch die größeren Flächenbereiche der Ausquetschungen 28.

Fig. 6 zeigt in einem vergrößerten Schnitt nach Linie 6 - 6 in Fig. 1 in einem Ausschnitt den Bereich der Ausquetschung 8. Man sieht, daß in diesem Fall das Profil der Ausquetschung 8 halbrund ausgebildet ist. Die zur Erzeugung verwendete Nut 9 (Fig. 2) im Preßstempel 2 ist ebenfalls halbrund ausgebildet. Der Querschnitt kann auch anders ausgebildet sein, beispielsweise wie bei der Ausquetschung 38 gemäß Fig. 7 dreieckfbrmig. Damit läßt sich im äußeren, von der Welle abstehenden Bereich der Ausquetschung 38 eine geringere Fläche errei-

chen, die bei Klemmung leichter an der Innenvierkantfläche 7 des Kupplungsstückes 6 beim Einstecken abgerieben werden kann.

Fig. 8 zeigt eine weitere Variante der Ausquetschung 48, neben der in der Vierkantfläche 2 eine Nut 47 ausgebildet ist. Der Stempel 3 weist hier entsprechend zum Quetschen eine Nut 49 und einen daneben liegenden Vorsprung 46 auf. Durch Verdrängung des Materiales in der Nut 47 wird auch unter ungünstigen Umständen ausreichender Materialfluß in die Ausquetschung 48 erreicht.

In den Fig. 9 und 10 ist eine andere Ausfuhrungsform der Welle 1 mit den Vierkantflächen 2 und den Eckflächen 4 dargestellt. Im dargestellten Bereich ist in alle Vierkantflächen 2 eine trapezförmige Nut 90 eingebracht. Das in der umlaufenden Trapeznut 90 verdrängte Material kann nur in den in Fig. 1 dargestellten Spalten zwischen den Stempeln 3 ausquetschen und bildet somit punktförmige Ausquetschungen 98 an den an die umlaufende Nut 90 angrenzenden Enden der Eckflächen 4 des Vierkantprofiles. In Fig. 10 sind diese Ausquetschungen 98 in Stirnansicht zu sehen.

Die z.B. in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausquetschungen 8 bzw. 18 sind linienförmig gerade ausgebildet. Sie könnten jedoch auch in nicht dargestellter Weise z.B. als Kurvenlinien ausgeldet sein z.B. "S"-förmig. Ferner können auch im wesentlichen punktförmige Ausquetschungen vorgesehen sein z.B. in Form halbkugelförmiger Erhebungen, die im Schnitt der Fig. 6 entsprechen.

Claims

1. Biegsame Welle (1) mit im Querschnitt als Mehrkant (Vierkant) ausgebildetem, in Preßstempeln (3) geformtem Endstück zum Eingriff in einen Kupplungskörper (6) mit übermaßigem Innenmehrkant (7), mit den Querschnitt des Mehrkant überragenden Einrichtungen zur Spielunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen als kleinflächige, in Vertiefungen (9, 49) der Stempel (3) gedrückte Ausquetschungen (8, 18, 28, 38, 48, 98) des Mehrkantmateriales ausgebildet sind.

2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausquetschungen (8, 18, 28, 38, 48) linienförmig auf den Mehrkantflächen (2) ausgebildet sind.

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3. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausquetschungen (8) quer zur Achse der Welle (1) angeordnet sind.

4. Welle nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausquetschungen (18, 28) parallel zur Achse der Welle (1) angeordnet sind.

5. Welle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausquetschungen (98) punktförmig auf den Eckflächen (4) des Mehrkants, angrenzend an quer zur Achse der Welle (1) in die Mehrkantflächen (2) eingepreßte Nuten (90) ausgebildet sind.