DE4141147C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle, wie sie aus der ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 80, Nr. 11, 1978, S. 513, S.L. Girguis "DOS - Ein neues Gleichlaufgelenk für Kraftfahrzeug-An­ triebe", insbesondere Bild 2, als bekannt hervorgeht.

Die gattungsgemäß zugrunde gelegte Gelenkwelle ist einer Fahr­ zeugachse zugeordnet, wobei in ihrer Einbaulage zwei hohle Ge­ lenkwellen von einem dazwischen angeordneten Ausgleichsgetriebe zu den außenliegenden Fahrzeugrädern geführt sind. Jede Ge­ lenkwelle weist jeweils zwei Wellengelenke auf, wobei ein Wel­ lengelenk in der Nähe des Fahrzeugrades und das andere ungefähr mittig beim Ausgleichsgetriebe angeordnet ist. Jedes Wellenge­ lenk ist in einen an dessen Außenumfang angeordneten Gelenkring und in eine zentrisch im Wellengelenk angeordnete Gelenknabe mit radial dazwischen angeordneten Übertragungskugeln und Füh­ rungskäfig unterteilt. Die Kühlung der beiden Gelenknaben der Wellengelenke einer jeden Gelenkwelle erfolgt insbesondere durch einen dem Fahrtwind meist frei ausgesetzten Wellenschaft, der auch die beiden Gelenknaben einer Gelenkwelle verbindet. Die Kühlung der Wellengelenke ist bei hohen Belastungen unzu­ reichend. Dadurch kann die Temperatur des Schmiermittels unzu­ lässig stark ansteigen und somit die Schmierung unzureichend werden. Ebenso können die zulässigen Temperaturen der Abdicht­ elemente, wie bspw. der Manschette, überschritten werden, wes­ halb hier dann teurere Werkstoffe und/oder Konstruktionen verwendet werden müssen. Einer derartigen Überhitzung wird bislang dadurch entgegengewirkt, daß das Volumen der Bauteile zum Zwecke der Wärmeaufnahme und -abführung vergrößert wird. Dies erhöht jedoch das Gewicht und den Bauraum des Wellenge­ lenkes, was in vielen Fällen nicht erwünscht ist. Des weiteren kann in manchen Konstruktionsfällen selbst eine Bauteilvergrö­ ßerung keine Abhilfe leisten, da der Einbauort mit einer zu­ sätzlichen Aufheizung des Wellengelenkes, bspw. durch einen naheliegenden Auspuff, verbunden ist.

Aus der DE-OS 30 25 731 ist es zur Kühlung der Bremsscheiben und der äußeren Wellengelenke bekannt, die Radnabe mit radial ausgerichteten und nach innen gegen die Achse geneigten Boh­ rungen zu versehen. Die Bohrungen fungieren im Fahrbetrieb als Radialgebläse und sowohl die Bremsscheibe, als auch das nach­ folgende Radlager sowie das Wellengelenk werden mit Luft be­ aufschlagt. Eine ähnliche Lösung für das innere, thermisch meist höher belastete Wellengelenk ist sowohl aus Gewichts­ gründen, als auch aus Gründen der Bauteilgröße ungünstig. Ferner ist auch diese Art der Kühlung des äußeren Wellenge­ lenkes unbefriedigend, da diese Vorrichtung, bedingt durch die im Betrieb erzeugten Luftturbulenzen der strömenden Luft, das Fahrgeräusch erhöht. Weiterhin wird durch den höheren Fahrtwiderstand mehr Antriebsenergie verbraucht.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbekannte Gelenkwelle dahingehend zu verbessern, daß bei geringer Bauteilgröße der Gelenkwelle die Schmierung des Wellengelenkes bei hoher Bela­ stung gesichert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Gelenkwelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch den Einbau des Wärmerohres in den Wellenschaft der Gelenkwelle wird bei vorgegebener Bauteilgröße und vorgegebener Belastung eine Absenkung des Temperaturniveaus des Wellengelenkes gegenüber herkömmlichen Gelenkwellen erreicht. Durch die daraus resul­ tierende innere Kühlung des Wellengelenkes ist selbst bei hö­ heren Betriebbedingungen eine sichere Schmierung; eine höhere Lebensdauererwartung der Wellengelenke und eine geringere thermische Belastung der Manschette gewährleistet. Ferner kön­ nen bei vorgegebener Belastung kleinere und leichtere Wellen­ gelenke gegenüber einer ungekühlten Ausführung zugelassen wer­ den. Bei Kardanwellen oder Gelenkwellen für Fahrzeugachsen ist dadurch die Fahrzeugmasse reduziert und damit mittelbar An­ triebsenergie gespart sowie die Umwelt und die Energievorräte geringer belastet werden. Durch die Gewichtsreduzierung zumin­ dest des radseitigen Wellengelenkes kann darüber hinaus bei Fahrzeugachsen der Fahrkomfort verbessert werden, da die ungefederten Massen des Fahrzeuges verringert sind.

Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Un­ teransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Fahrzeugachse mit zwei Gelenkwellen in Einbaulage,

Fig. 2 eine Gelenkwelle mit hohlem Wellenschaft und beidseitig daran angeordneten Wellengelenken,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines inneren Wellengelenkes mit Verdampfungszone und

Fig. 4 eine weitere Bauart der Verdampfungszone eines Wellengelenkes,

Fig. 5 die Gelenkwelle mit im Kondensationsbereich angeordneten Kühlscheiben und

Fig. 6 die Gelenkwelle mit einem im Kondensationsbereich aufgewickelten Kühlblech.

In Fig. 1 ist eine Gelenkwelle 2 einer Fahrzeugachse 1 darge­ stellt, wie sie bspw. bei Fahrzeugen mit einzeln aufgehängten und angetriebenen Fahrzeugrädern 16 eingesetzt wird. Hierbei ist jedem der Fahrzeugräder 16 der Fahrzeugachse 1 eine Ge­ lenkwelle 2 zugeordnet, die jeweils von einem etwa mittig an­ geordneten Ausgleichsgetriebe 17 zu dem außenliegenden Fahr­ zeugrad 16 geführt ist, wobei die Erfindung auch bei Fahrzeug­ achsen mit außermittigen Ausgleichsgetrieben vorteilhaft ist. Ein äußeres Wellengelenk 4′ ist außenseitig in der Nähe des Fahrzeugrades 16 und das innenseitige Wellengelenk 4 ist etwa mittig am Ausgleichsgetriebe 17 angeordnet. Zum Schutz vor Schmutz ist jedes Wellengelenk 4, 4′ auf der offenen, d. h. axial beweglichen Seite, hier zum Wellenschaft 3 hin mit einer Man­ schette 13 aus flexiblem Material abgedeckt.

Gemäß Fig. 2-6 weisen die Wellengelenke 4, 4′ an ihren Außenumfängen einen Ge­ lenkring 6 und eine zentrisch im Wellengelenk 4, 4′ angeordnete Gelenknabe 5 auf, wobei zwischen dem Gelenkring 6 und der Ge­ lenknabe 5 mehrere Übertragungskugeln 7 mit ihrem Führungskäfig 8 angeordnet sind. Im Fahrbetrieb sind diese Wellengelenke 4, 4′ einer thermischen Beanspruchung ausgesetzt; die dadurch be­ dingte Erwärmung wird von dem Wellenschaft 3, der die Gelenk­ naben 5 der Wellengelenke 4, 4′ verbindet und der weitgehend dem Fahrtwind frei ausgesetzt ist, abgeführt. Zum Schutz vor Verschleiß weist jedes Wellengelenk 3 noch eine Schmiermittel­ füllung auf.

In den Wellenschaft 3 der Gelenkwelle 2 ist im Bereich des in­ neren 4 und des äußeren Wellengelenks 4′ ein Wärmerohr angeordnet, das sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bereiches der Wellengelenke 4, 4′ erstreckt. Das Wärmerohr, das im vorliegenden Anwendungsfall sinnvollerweise in den Wellen­ schaft 3 integriert ist, ist vorteilhafterweise derart in dem Wellenschaft 3 angeordnet, daß sich seine Verdampfungszone 9 im Bereich der Gelenknabe 5 und seine Kondensationszone 10 in dem vom Fahrtwind beaufschlagten Bereich des Wellenschaftes 3 er­ streckt. Günstigerweise erstreckt sich das in den Wellenschaft 3 integrierte Wärmerohr über die gesamte Länge des Wellen­ schaftes 3 bis in den Bereich beider Wellengelenke 4, 4′ hinein, wobei im Bereich jeder Gelenknabe 5 eine Verdampfungszone des Wärmerohres angeordnet ist. Damit wird die Wärme aus beiden Wellengelenken 4, 4′ einfach und effizient abgeführt, da die Abgabe der latenten Wärme in dem vom Fahrtwind beaufschlagten Bereich erfolgt. Damit eine effektive Kühlung erfolgt, ist es insbesondere von Vorteil, den Wellenschaft 3 in dem vom Fahrt­ wind beaufschlagten Bereich mit Kühlrippen zu versehen, die seine kühlende Oberfläche vergrößern. Die Kühlrippen sind durch im Bereich der Kondensationszone 10 am Außenumfang des Wellen­ schaftes 3 aufgepreßte Kühlscheiben 19 (s. Fig. 5) oder durch ein daran aufgewickeltes Kühlblech 18 (s. Fig. 6) gebildet. Des weiteren können die Kühlrippen auch durch in den Wellenschaft 3 eingebrachte Nuten gebildet sein.

Das Wärmerohr, das sinnvollerweise durch eine axial und kon­ zentrisch in dem Wellenschaft 3 angeordnete Bohrung ausgebildet ist, ist stirnseitig durch eine eingepreßte Verschlußkugel 11 dicht verschlossen (s. Fig. 3, 4). Dadurch wird ein einfach anzubringen­ der und einfach ausgebildeter Verschluß des Wärmerohres er­ reicht, der bzgl. seiner Funktion dennoch sicher ist. Derartige Kugeln sind in hoher Formgenauigkeit und Oberflächengüte preisgünstig erhältlich. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch auch sinnvoll sein, das Wärmerohr durch einen Stopfen, eine Schraube, oder durch Verschweißen, Verlöten oder ähnliches zu verschließen. Um einen sicheren Transport des flüssigen Wärme­ trägermediums von der Kondensationszone 10 in die Verdampfer­ zone 9 zu gewährleisten, ist es günstig, das Wärmerohr auf seiner Innenwandung mit kapillarwirksamen Nuten zu versehen.

Die im Bereich der Gelenknabe 5 liegende Verdampfungszone 9 des Wärmerohres wird durch eine eingeschobene, sich bis in den Be­ reich der Kondensationszone 10 erstreckende Filzbuchse 14 feucht gehalten, womit eine Austrocknung bzw. Trockenlegung einer der beiden Verdampfungszonen 9 bei Querneigung des Wel­ lenschaftes 3 verhindert wird.

In einer anderen, ebenfalls günstigen Ausführungsform ist an dem der Verdampfungszone 9 zugekehrt liegenden Ende der Kon­ densationszone 10 eine Stauscheibe 15 positioniert, die die im Bereich der Gelenknabe 5 liegenden Verdampfungszone 9 des Wär­ merohres von der Kondensationszone 10 trennt, wodurch die Ver­ dampfungszone 9 feucht gehalten wird. Die Stauscheibe 15 ist trichterartig mit zur Verdampfungszone 9 hin weisender Trich­ terspitze ausgebildet, wodurch ein besserer bzw. vermehrter Übertritt von Schwallflüssigkeit in die Verdampfungszone 9 und ein verbessertes Rückhalten des dorthin übergeschwappten Kon­ densats erreicht, sowie ein Zurückfließen des eingedrungenen Kondensats in die Kondensationszone 10 verhindert werden kann. Hierbei kann es günstig sein, nicht nur eine einzige Stau­ scheibe 15, sondern mehrere zueinander einen axialen Abstand aufweisende Stauscheiben am Bereich des Überganges von der Verdampfungszone 9 zur Kondensationszone 10 anzuordnen.

Claims (10)

1. Gelenkwelle mit wenigstens einem Wellengelenk und einem dem Wellengelenk zugeordneten und dem Fahrtwind ausgesetzten Wel­ lenschaft, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wellenschaft (3) der Gelenkwelle (2) zumindest im Bereich des Wellengelenkes (4, 4′) ein Wärmerohr angeordnet ist, welches sich in dem Wellenschaft (3) inner- und außerhalb des Bereiches des Wellengelenkes (4, 4′) erstreckt, wobei im Bereich des Wellengelenkes (4, 4′) eine Verdampfungszone (9) des Wärme­ rohres und in dem vom Fahrtwind beaufschlagten Bereich des Wellenschaftes (3) eine Kondensationszone (10) des Wärmerohres angeordnet ist.

2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wellengelenk (4, 4′) in einen an dessen Außenumfang angeordneten Gelenkring (6) und in eine zentrisch im Wellenge­ lenk (4, 4′) angeordnete Gelenknabe (5) unterteilt ist, wobei der Wellenschaft (3) mit der Gelenknabe (5) fest verbunden ist.

3. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Wellenschaft (3) integrierte Wärmerohr sich über die gesamte Länge des beiderseits mit Wellengelenken (4, 4′) versehenen Wellenschaftes (3) bis in den Bereich beider Wel­ lengelenke (4, 4′) hinein erstreckt, wobei im Bereich jedes Wellengelenkes (4, 4′) eine Verdampfungszone (9) des Wärmerohres angeordnet ist.

4. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlgebohrte Wellenschaft (3) stirnseitig durch eine eingepreßte Verschlußkugel (11) dicht verschlossen ist.

5. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Wellengelenkes (4, 4′) liegende Verdamp­ fungszone (9) des Wärmerohres eine eingeschobene, sich bis in den Bereich der Kondensationszone (10) erstreckende Filzbuchse (14) aufweist.

6. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Wellengelenkes (4, 4′) liegende Verdamp­ fungszone (9) des Wärmerohres eine ringförmige Stauscheibe (15) aufweist, die an dem der Verdampfungszone (9) zugekehrt lie­ genden Ende der Kondensationszone (10) positioniert ist und diese Zonen voneinander trennt.

7. Gelenkwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (15) trichterartig mit zur Verdampfungszone (9) hin weisender Trichterspitze ausgebildet ist.

8. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkwelle eine Gelenkwelle für Fahrzeugachsen mit einzeln aufgehängten, angetriebenen Fahrzeugrädern, mit wenig­ stens einem homokinetischen Wellengelenk und einem dem Fahrt­ wind ausgesetzten Wellenschaft ist.

9. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenschaft (3) im Bereich der Kondensationszone (10) mit Kühlrippen versehen ist.

10. Gelenkwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen durch am Außenumfang des Wellenschaftes aufgepreßte Kühlscheiben (19) oder durch ein am Außenumfang aufgewickeltes Kühlblech (18) gebildet sind.