DE7515865U - Teleskopische Welle - Google Patents

Description

ap/G 3387 Voith Getriebe KG

Kennwort: "Teleskop-Welle" Heidenheim (Brenz)

Teleskopische Welle

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

Zu diesem Zweck besitzt eine bekannte teleskopische Walle (DT-OS 22 JJ 408) 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 ist der Fertigungsaufwand für die Hohlwelle mit den innenliegenden Rollbahnen sehr hoch.

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

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, daß 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-

7515865 27.01,77

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 Masse 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 Schwingungsverhalten 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 1st jede Rolle nicht mehr mit einem innerhalb der Rolle befindlichen Lager auf einem Zapfen gelagert; vielmehr entfällt der Zapfen, und die Rolle 1st mit einem die Rolle außen umhüllenden Lager unmittelbar in der Hohlwelle abgestützt. Dadurch gewinnt man einen weiteren Vorteil, der nicht ohne weiteres erkennbar ist; denr gegen die vorgenannte Anordnung der Lager für die Rollen bestanden zunächst erhebliche Bedenken. Es ist nämlich nunmehr zwangsläufig erforderlich, das Lager in radialer Richtung weiter außen anzuordnen als die sogenannte Rollmantelfläche (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

7518185

bekannten Bauweise ein Kippmoment ausgeübt. Im 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 teleskopischen Welle das Lager zwischen einer Rolle und dem dazugehörenden, auf der Innenwelle befestigten radialen Lagerzapfen konzentrisch innerhalb der Rollmantelfläche der Rolle angeordnet.

Die Erfinder haben aber erkannt, daß man gerade durch das Abweichen von der bisher als besonders günstig angesehenen Bauweise den entscheidenden Vorteil gewinnt, daß man die Lager für die Rollen im Vergleich zu der bekannten Bauweise beträchtlich vergrößern kann; 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 37 408 zwei Rollensätze in gewissem axialen Abstand voneinander vorgesehen werden. In der Regel soll jedoch - bei einem vorgeschriebenen Maß der Langsverschiebbarkeit - die teleskopische 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. Ein solches Führungslager wird man in der Regel an dem die Innenwelle umhüllenden Ende der Hohlwelle anordnen. Die erfindungsgemäße Welle wird man hierbei zweckmäßig mit den Merkmalen des Anspruches weiter ausgestalten. Dadurch wird im Gegensatz zu der bekannten Welle der weitere Vorteil erzielt, daß die beiden Wellenteile, d.h. die Innenwelle und die Hohlwelle stets ohne weiteres voneinander getrennt werden können. Dadurch werden eventuelle Wartungsarbeiten sehr erleichtert. Demgegenüber muß bei der bekannten Welle, bei der die Merkmale des Anspruches 2 garnicht anwendbar sind, zum Trennen der beiden Wellenteile zumindest die Hohlwelle zerlegt werden;

7515865 27.01.77

in der Regel müssen auch noch die zur Lagerung der Rollen dienenden Zapfen von der Innenwelle demontiert werden. Es muß daher für die Zapfen eine aufwendige Keilwellenverbindung vorgesehen werden, die stets ein gewisses Spiel aufweist, so daß die erforderliche Genauigkeit der Führung der Rollen auf den Rollbahnen beeinträchtigt wird. Dadurch besteht die Gefahr, 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 Gestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen teleskopischen Welle beschrieben. Eine zur Übertragung eines besonders hohen Drehmomentes bestimmte teleskopische Welle wird man vorzugsweise nach dem Anspruch 4 ausgestalten.

Durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches δ kann erreicht werden, daß 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 in der Regel zweireihige Wälzlager (Rollen- oder Kegelrollenlager verwenden). Besonders vorteilhaft kann es sein, zweireihige Schrägkugellager zu verwenden, weil deren Platzbedarf in Achsrichtung gering ist und die Außenmaße der teleskopischen Welle somit kleiner werden.

7515865 27.0177

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-I.I bzw. III-III der Fig. 1 in einem gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 und 5 weitere AusfUhrungsbeispiele der Erfindung, jeweils in einem Querschnitt, der in gleicher Weise wie der Querschnitt nach der Linie II-II 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 Einzeltelle:

10 Innenwelle;

11 daran befestigte Gelenkgabel;

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

13 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 15 gelagerte Rollen;

zweireihig.,

18 Rollenlager,/zur Lagerung der Rollen 17, zugleich zur Abstützung der Rollen I7 in Richtung der Rollenachsen;

19 Lagerbüchsen der Rollenlager 18;

20 Längsführungslager zwischen der Innenwelle 10 und der Hohlwelle 15;

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

22 Dichtungsringe zwischen der Innenwelle 10 und der Hohlwelle

In Fig. 1 ist die teleskopische Welle in ihrer voll zusammengeschobenen Stellung dargestellt. Das Längsführungslager 20 ist als Kugelhülse mit drei Kugelreihen ausgebildet, wobei die drei Kugelreihen gegenüber den drei Rollen 17 um 60° versetzt sind (Fig. 3). Dadurch wird erreicht, daß die Kugel bei voller Aus-

7515865 27.91.77

ttllll ι It I It·,' .'I

dehnung der teleskoplsohen Welle an den zwisohen den Nuten 12 / verbleibenden Mantelflächenteilen 21a der Innenwelle 10 anliegen, die somit Bestandteil der Lagerfläohe 21 sind und den gleichen Durchmesser D wie diese haben.

Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind In den Figuren und 5 dargestellt. In Flg. 4 weist die Innenwelle 30 im Bereloh der Rollbahnen 33 die Form eines Prismas mit quadratischem Querschnitt auf, dessen Seitenflächen die Rollbahnen 33 bilden. Zur Drehmomentübertragung dienen hler die Stirnflächen der in der Hohlwelle 35 gelagerten Rollen 37. Jeder Rolle 37 1st außer einem Radiallager 38a ein Axiallager 38b zugeordnet, das sich gegen einen Lagerdeckel 39 abstützt. Die Stirnfläche jeder Rolle 37 . , kann, wie in Fig. 4 übertrieben dargestellt, als flacher Kegel ausgebildet sein.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 4 im wesentlichen dadurch, daß die auf der Innenwelle 50 angeordneten Rollbahnen 53 von der Wand je einer Nut 52 gebildet sind, die einen kreisabschnittförmigen 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, j

In Fig. 6 ist eine gegenüber den vorhergehenden AusführungsbeI-spielen abgewandelte Lagerung für die Rollen I7 mit einem zweireihigen Schrägkugellager 48 dargestellt.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Achsen der Rollen 17,37* 57 radial zur Wellenachse angeordnet, und jede Rolle besitzt an ihrem äußeren Ende nur ein einziges Radiallager (18,38a). Stattdessen können die Rollenachsen auch tangential zur Innenwelle angeordnet sein, z.B. können an einer Innenwelle mit quadratischem Querschnitt die Rollen im 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.

Heidenhelm, den 16. Mai 1975
!. Sh/HKn

7515165 27.H77

Claims (1)

1. flnsprü

   ehe

   1. Teleskopische Welle mit einer Innenwelle (10, 30, 50) und einer hierzu koaxial angeordneten Hohlwelle (I5, 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 Drehmomentübertragungskörper dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbahnen (I3, 33, 53) der Innenwelle (10, 30, 50) und die Lager (18, 38a, 38b, 48) für die Rollen (I7, 37, 57) der Hohlwelle (I5, 35, 55) zugeordnet sind.

   2. Teleskopisch^ Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (18, 38a, 38b, 48) für die Rollen (I7, 37, 57) unmittelbar in der Hohlwelle (I5, 35, 55) angeordnet sind, wobei Außenflächen der Rollen als Lagerflächen dienen.

   3. Teleskopische Welle mit einem die gegenseitige Parallelführung der beiden Wellenteile (iO, 15; 30, 35; 50, 55) bewirkenden Führungslager (20), das an dem die Innenwelle (10, 30, 50) umhüllenden Ende der Hohlwelle (I5, 35, 55) angeordnet ist, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) der Lagerfläche (21) der Innenwelle zumindest gleich groß ist wie der größte Durchmesser des die Rollbahnen (I3) tragenden Teiles der Innenwelle (10).

   7515165 27.H77

   -2-

   ^;l. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbahnen (13) von den Seltenflächen von Nuten (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 ist.

   7. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rollbahn (53) von der Wand einer Nut (52) mit kreisabschnittförmigem 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) v/ie die Lagerflache (21) aufweist.

   9. Teleskopische Welle nach einem der Ansprüche 2 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (48) für die Rollen (I7 oder 37 oder 57) als zweireihige Schrägkugellager ausgebildet sind.

   Heidenheim, den 16. Mai 1975
   Sh/HKn

   7515165 27.0177