DE8816516U1 - Telescopic universal joint shaft - Google Patents

Telescopic universal joint shaft

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Description

G ti529 GM Gti 529 GM J.M. Voith GmbHJ.M. Voith GmbH

Kennwort: "Kurztripodewelle" HeidenheimPassword: "Kurztripodwelle" Heidenheim Teleskop-GelenkwelleTelescopic universal joint shaft

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle mit zwei Kreuzgelenken und einem in seiner Länge veränderbaren Wellenteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Gelenkwelle dieser Gattung ist bekannt aus der DE-OS 28 09 665 (US-PS k 271 685).The invention relates to a universal joint shaft with two universal joints and a shaft part whose length can be varied according to the preamble of claim 1. A universal joint shaft of this type is known from DE-OS 28 09 665 (US-PS k 271 685).

Die in Kraftfahrzeugen eingesetzten Gelenkwellen hat-&idigr;&eegr; in der Regel eine relativ große Distanz z.B. zwischen dem Getriebe und der Treibachse zu überbrücken. Es ist dabei meistens erforderlich, auch Höhenunterschiede und Lageveränderungen im Betrieb durch wechselnde Nutzlast und Federspiel auszugleichen. Dadurch müssen die Gelenke auf großen Beugewinkel und Längenausgleich ausgelegt sein. Dies führt zu Gelenken und Wellen mit großer axialer Baulänge. Für derartige Wellen ist zumeist genügend Platz vorhanden. Schwierigkeiten ergeben sich vor allem dann, wenn für hohe Drehmomente auch große Gelenkdurchmeser zu berücksichtigen sind.The cardan shafts used in motor vehicles usually have to bridge a relatively large distance, e.g. between the gearbox and the drive axle. It is usually necessary to compensate for differences in height and changes in position during operation due to changing payload and spring play. This means that the joints must be designed for large bending angles and length compensation. This leads to joints and shafts with a large axial length. There is usually enough space for such shafts. Difficulties arise especially when large joint diameters have to be taken into account for high torques.

In besonderen Fällen, z.B. beim Antrieb von Schienenfahrzeugen, liegen andere Raumverhältnisse vor. Meistens steht nur eine kurze Einbaulänge für die Gelenkwelle zur Verfügung, während ein größerer Gelenkdurchmesser keine Platzprobleme bereitet.In special cases, e.g. when driving rail vehicles, other spatial conditions apply. Usually only a short installation length is available for the cardan shaft, while a larger joint diameter does not cause any space problems.

Ein typischer Anwendungsfall ist dabei der Antrieb eines Radsatzes von einem querliegenden Fahrmotor aus. Wesentlich ist dabei der relativ geringe Beugungswinkel im Betrieb, die hohe Drehmomentbelastung und der axiale Längenausgleich unter Last. Diesen Anforderungen genügen die im Kraftfahrzeugbau üblichen Gelenkwellen nicht, insbesondere der als Keilwelle ausgebildete Längenausgleich ist stark reibungsbehaftet und bietet nicht die erwartete Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Mit der bekannten Gelenkwelle ist zwar schon eine Verkürzung erzielt worden, aber die gewählte Bauart ist schwach in den Gelenklagern und im Längenausgleich.A typical application is the drive of a wheel set from a transverse traction motor. The key factors here are the relatively low deflection angle during operation, the high torque load and the axial length compensation under load. The cardan shafts commonly used in automotive construction do not meet these requirements, in particular the length compensation designed as a splined shaft is subject to high friction and does not offer the expected service life and reliability. A shortening has already been achieved with the known cardan shaft, but the design chosen is weak in terms of the spherical bearings and length compensation.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kurzen, für hohe Drehmomente im Dauerbetrieb geeigneten Gelenkwelle mit geringem maximalem Beugungswinkel, wobei der Längenausgleich auch unter Last wenig Widerstand aufweisen soll.The object of the invention is to create a short universal joint shaft with a small maximum deflection angle suitable for high torques in continuous operation, whereby the length compensation should have little resistance even under load.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß eine Gelenkbauart gewählt wird, deren Gelenkhälften nicht in axialer Richtung auseinander gerückt, sondern radial ineinander angeordnet sind. Das die Gelenkhälften verbindende Zwischenglied 1st ringförmig ausgebildet und radial außen mit der einen, radial innen mit der anderen Gelenkhälfte verbunden. Der Längenausgleich ist, wie für sich allein beknnnt, in Tripode-Bauart ausgeführt mit Rullkörp?rn, die ein Wellenteil und ein Nabenteil formschlüssig miteinander verbinden.This object is achieved according to the characterizing features of claim 1 in that a joint design is selected, the joint halves of which are not moved apart in the axial direction, but are arranged radially inside each other. The intermediate member connecting the joint halves is ring-shaped and is connected radially on the outside to one joint half and radially on the inside to the other joint half. The length compensation is, as is known in itself, designed in a tripod design with rolling bodies that connect a shaft part and a hub part to one another in a form-fitting manner.

Mit dieser Merkmalskombination ergibt si;h eine Gelenkwelle mit besonders kurzer Baulänge, weil die Gelenke axial nur wenig Platz beanspruchen und Raum geben für die Anordnung des Längenausgleiches teilweise innerhalb des Gelenkes selbst. Dfcr Längenausgleich mittels Rollkörpern benötigt weniger Baulänge als eine Keilwelle gleicher Tragfähigkeit unJ hat den Vorteil geringerer axialer Reaktionskräftp auf die Lager der zu verbindenden Antriebskomponenten (Motor, Getriebe). Geringe Baulänge der Gelenke und des Längenausgleiches ergeben minimale Gesamtlänge unter Ausnutzung des zur Verfügung stehenden radialen Bauraumes.This combination of features results in a universal joint with a particularly short overall length, because the joints take up very little axial space and provide space for the length compensation to be arranged partially within the joint itself. The length compensation using rolling elements requires less overall length than a splined shaft with the same load capacity and has the advantage of lower axial reaction forces on the bearings of the drive components to be connected (engine, gearbox). The short overall length of the joints and the length compensation results in a minimum overall length while utilizing the available radial installation space.

Weiterführende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteransprUchen angegeben.Further embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing.

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine GelenKwelle durch den Rsrelrh rl or P.plonllanor &igr;
.. — ... — &sgr; — fFigure 1 shows a longitudinal section through a joint shaft through the Rsrelrh rl or P.plonllanor &igr;
.. — ... —&sgr;— f

Figur 2 einen Querschnitt durch das erste Gelenk; Figur 3 einen Querschnitt durch das zweite Gelenk im Bereich der Lager und Rollkörper.Figure 2 shows a cross section through the first joint; Figure 3 shows a cross section through the second joint in the area of the bearings and rolling elements.

Die Fig. 1 zeigt eine Gelenkwelle mit zwei Kreuzgelenken 1 und 11, die mit nicht dargestellten weiteren Antriebskomponenten verbunden sind. Jedes Gelenk 1, 11 besteht aus einer ersten Gelenkhälfte 2, .12 und aus einer zweiten Gelenkhälfte 4, 14, die über ein Zwischenglied 3, 13 miteinander in Verbindung stehen. Die zweite Gelenkhälfte 4 des einen Gelenkes 1 setzt sich in einem zentralen Wellenteil 5 mit einem Wellenstummel 7 fort. Die zweite Gelenkhälfte 14 des anderen Gelenks 11 setzt sich in einem Nabenteil 8 fort, der den Wellenstummei 7 rohrförmig umschließt. Zwischen dem Nabenteil 8 und dem Weilenstummel 7 befinden sich Rollen 9, die auf Bolzen 10 vorzugsweise über Wälzlager gelagert und gemeinsam im Wellenstummel 7 befestigt sind. Es sind vorzugsweise drei Rollen 9 vorgesehen, die in radialen Nuten 15 mit axialer Erstreckung auf der Innenseite des Nabenteils 8 2ingreifen und eine formschlüssige axial bewegliche Drehverbindung herstellen. Auf der dem erster, Gelenk 1 zugewandten Stirnseite des Nabenteiis 8 befindet sich eine Zentrierbuchse 16 zur Führung des Nabenteils 8 auf der Welle 5. Diese für die Erzielung ausreichender Biegesteifigkeit und Laufruhe wichtige Zentrierbuchse weist außeroem eine Dichtung 17 auf und kann als Endanschlag für die Längsverschiebung der Rollen 9 zur einen Seite hin dienen. Auf der anderen Seite des NabentRils 8 befindet sich ein Deckel 23, der den anderen Endanschlag bildet und den Innenraum des Nabenteils 8 gegen Schmiermittelaustritt abdichtet. Der Längenausgleich 6 ist in einer Mittelposition dargestellt mit einem Verschiebeweg a nach beiden Seiten. ...Fig. 1 shows a universal joint shaft with two universal joints 1 and 11, which are connected to other drive components not shown. Each joint 1, 11 consists of a first joint half 2, .12 and a second joint half 4, 14, which are connected to one another via an intermediate link 3, 13. The second joint half 4 of one joint 1 continues in a central shaft part 5 with a shaft stub 7. The second joint half 14 of the other joint 11 continues in a hub part 8, which encloses the shaft stub 7 in a tubular manner. Between the hub part 8 and the shaft stub 7 there are rollers 9, which are mounted on bolts 10, preferably via roller bearings, and are fastened together in the shaft stub 7. Preferably, three rollers 9 are provided, which engage in radial grooves 15 with axial extension on the inside of the hub part 8 and create a positive axially movable rotary connection. On the end face of the hub part 8 facing the first joint 1 there is a centering bush 16 for guiding the hub part 8 on the shaft 5. This centering bush, which is important for achieving sufficient bending stiffness and smooth running, also has a seal 17 and can serve as an end stop for the longitudinal displacement of the rollers 9 to one side. On the other side of the hub groove 8 there is a cover 23, which forms the other end stop and seals the interior of the hub part 8 against lubricant leakage. The length compensation 6 is shown in a middle position with a displacement path a to both sides. ...

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Welle 5 mit der zweiten Ge enkhälfte k eine Einheit bildet und zwei fluchtende Zapfen 18 aufweist. Diese Zapfen stehen Über Lager 20 mit dem ringförmigen Zwischenglied 3 in Verbindung. Das Zwischenglied 3 steht Über zwei weitere fluchtende Zapfen 19 über Lager 21 mit der ersten Gelenkhälfte 2 in Verbindung. Die Lager 21 können, wie auch aus der Fig. 1 erkennbar ist, in einem Lagerbock 22 angeordnet sein, der seinerseits an der ersten Gelenkhälfte 2 in bekannter Weise befestigt ist. Die Achsen der Zapfen 18 und stehen aufeinander senkrecht und liegen vorzugsweise in einer Ebene.From Fig. 2 it can be seen that the shaft 5 forms a unit with the second joint half k and has two aligned pins 18. These pins are connected to the annular intermediate member 3 via bearings 20. The intermediate member 3 is connected to the first joint half 2 via two further aligned pins 19 via bearings 21. The bearings 21 can, as can also be seen from Fig. 1, be arranged in a bearing block 22, which in turn is fastened to the first joint half 2 in a known manner. The axes of the pins 18 and are perpendicular to one another and preferably lie in one plane.

Die Flg. 3 zeigt einen Schnitt durch das Nabenteil 8 im Bereich der Rollen 9 und der Gelenklager des anderen Kreuzgelenks 11. Die zweite Gelenkhälfte IA dieses Gelenks 11 wird unmittelbar vom Nabenteil 8 gebildet und trägt analog der Ausführung des einen Gelenks 1 zwei Zapfen 18. Die kinematische Koppelung mittels des ringförmigen Zwischengliedes 13 entspricht derjenigen des Gelenks 1 nach Fig. 2. Durch die radial nach außen verlegten Lager 20 und 21 ist im Zentrum des Gelenks soviel Platz geschaffen, daß sich das Nabenteil 8 bis in die Ebene der Zapfenachsen oder noch weiter zur ersten Gelenkhälfte 12 hin erstrecken kann. Dadurch wird eine deutliche Verkürzung der gesamten Baulänge erreicht. Das ringförmige Zwischenglied 3, kann, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, oval ausgebildet sein. Dadurch kann der Außendurchmesser der ersten Gelenkhälften 2, 12 so reduziert werden, daß die Lager 20, 21 etwa denselben Abstand von der Drehachse aufweisen. Wie üblich sind die Zapfen 18 am Nabentel 8 vorzugsweise in derselben Ebene angeordnet wie die Zapfen 18 am Weilenteil 5, um Drehwinkelfehler zu vermeiden. Die Schmierung der Lager 20 und 21 kann über Schmiernippel 24 erfolgen.Fig. 3 shows a section through the hub part 8 in the area of the rollers 9 and the joint bearings of the other universal joint 11. The second joint half IA of this joint 11 is formed directly by the hub part 8 and, analogous to the design of the one joint 1, has two pins 18. The kinematic coupling by means of the ring-shaped intermediate member 13 corresponds to that of the joint 1 according to Fig. 2. The bearings 20 and 21, which are placed radially outwards, create enough space in the center of the joint that the hub part 8 can extend into the plane of the pin axes or even further to the first joint half 12. This significantly shortens the overall length. The ring-shaped intermediate member 3 can, as can also be seen from Fig. 2, be oval. This allows the outside diameter of the first joint halves 2, 12 to be reduced so that the bearings 20, 21 are at approximately the same distance from the axis of rotation. As usual, the pins 18 on the hub part 8 are preferably arranged in the same plane as the pins 18 on the shaft part 5 in order to avoid rotation angle errors. The bearings 20 and 21 can be lubricated via grease nipples 24.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt einen Tripode-Längenausgleich 6, bei dem die Rollen 9 über Zapfen 10 am Wellenstummel 7 befestigt sind. Es ist auch bei dieser Wellenbauart möglich, die Rollen über Zapfen am Nabenteil zu befestigen und die Drehmitnahme über Längsnuten am Wellenstummel vorzunehmen.The described embodiment shows a tripod length compensation 6, in which the rollers 9 are attached to the shaft stub 7 via pins 10. With this type of shaft it is also possible to attach the rollers to the hub part via pins and to carry out the rotation via longitudinal grooves on the shaft stub.

18.03.1988 DK/Py18.03.1988 DK/Py

Claims (1)

SS &iacgr; i m i ··*SS &iacgr; imi ··* G ^529 6M .:.·..* ·..*·..· ',.' ..'J.,!. Voith GmbH Kennwort: "Kurztripodewelle" H^idenneimG ^529 6M .:.·..* ·..*·..· ',.' ..'J.,!. Voith GmbH Password: "Kurztripodewelle" H^idenneim AnsprücheExpectations 1. Teleskop-Gelenkwelle mit einem in seiner Länge veränderbaren Wellenteil (5) sowie zwei Kreuzgelenken (1, 11), die jeweils aus zwei über ein Zwischenglied (3, 13) verbundenen Gelenkhälften (2, 4, 12, 14) bestehen,1. Telescopic universal joint shaft with a shaft part (5) whose length can be changed and two universal joints (1, 11), each consisting of two joint halves (2, 4, 12, 14) connected via an intermediate link (3, 13), ^gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:^characterized by the combination of the following features: a) mindestens eines der Zwischenglieder (3, 13) an den Kreuzgelenken (1, 11) ist ringförmig ausgebildet;a) at least one of the intermediate members (3, 13) on the universal joints (1, 11) is ring-shaped; b) das in seiner Länge veränderliche Wellenteil (5) weist einen für sich allein bekannten Tripode-Längenausgleich (6) auf mit einem zentralen Wellenstummel (7) und einem diesen rohrförmig umschließenden Nabenteil (8), wobei der Wellensturnmel (7) und das Nabenteil (8) über Rollkörper (9) in formschlüssiger Drehverbindung stehen -b) the shaft part (5) which is variable in length has a tripod length compensation (6) which is known per se with a central shaft stub (7) and a hub part (8) which surrounds it in a tubular manner, whereby the shaft stub (7) and the hub part (8) are in a positive rotary connection via rolling elements (9) - 2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper (9) auf radial gerichteten Bolzen (10) am Wellenstummel (7) gelagert befestigt sind und in achsparallelen Nuten (15) am Nabenteil (8) geführt sind.2. Cardan shaft according to claim 1, characterized in that the rolling bodies (9) are mounted on radially directed bolts (10) on the shaft stub (7) and are guided in axially parallel grooves (15) on the hub part (8). 3. Gelenkwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB das Nabenteil (8) auf dem Wellenteil (5) gleitend und dichtend geführt und zentriert ist.3. Cardan shaft according to claim 1 or 2, characterized in that the hub part (8) is guided and centered on the shaft part (5) in a sliding and sealing manner. 4. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraurn des Nabenteiis (8) nach außen abgedichtet und mit einem Schmiermittel gefüllt ist.4. Cardan shaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner space of the hub part (8) is sealed to the outside and filled with a lubricant. 5. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Zwischenglied (3, 13) zwei radial nach außen gerichtete fluchtende Zapfen (19) aufweist und mit einer der Gelenkhälften (1, 2, 11, 12) über Lager (21) in Verbindung steht.5. A joint shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the annular intermediate member (3, 13) has two radially outwardly directed aligned pins (19) and is connected to one of the joint halves (1, 2, 11, 12) via bearings (21). 6. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der ringförmigen Zwischenglieder (3, 13) zwei zueinander koaxiale, sich radial nach außen erstreckende Zapfen (19) und - gegenüber diesen um 90° versetzt - zwei zueinander koaxiale Bohrungen zur Aufnahme zweier Zapfenlager (20) für Zapfen (18) der zugeordneten Gelenkhälfte (4, 14 bzw. 0) aufweist.6. Cardan shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the annular intermediate members (3, 13) has two coaxial, radially outwardly extending pins (19) and - offset from these by 90° - two coaxial bores for receiving two pin bearings (20) for pins (18) of the associated joint half (4, 14 or 0). 7. Gelenkwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Zwischenglied (3, 13), in Achsrichtung gesehen, eine im wesentlichen ovale Form aufweist.7. A cardan shaft according to claim 6, characterized in that the annular intermediate member (3, 13), viewed in the axial direction, has a substantially oval shape. 8. Gelenkwe Ie nach einem der Ansprüche 1 tis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (5) und/oder das Nabenteil (8) radial nach außen gerichtete fluchtende Zapfen (18) aufweist, welche von radial innen aus mit dem ringförmigen Zwischenglied (3, 13) Über Lager (18) in Verbindung stehen, wobei die Achsen der Zapf &eegr; 18 und 19 senkrecht aufeinander stehen.8. Articulated shaft according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shaft part (5) and/or the hub part (8) has radially outwardly directed aligned pins (18) which are connected from the radially inside to the annular intermediate member (3, 13) via bearings (18), the axes of the pins 18 and 19 being perpendicular to one another. 9. Gelenkwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zapfen (18, 19) am Zwischenglied (3, 13) in einer Ebene liegen.9. Cardan shaft according to claim 8, characterized in that the axes of the pins (18, 19) on the intermediate member (3, 13) lie in one plane. 10. Gelenkwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten (15) im Nabenteil (8) axial zumindest bis ir den Bereich der radial nach außen gerichteten Zapfen (18) erstrecken.10. Cardan shaft according to claim 8, characterized in that the grooves (15) in the hub part (8) extend axially at least to the region of the radially outwardly directed pins (18). 11. Gelenkwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (21) von einem Lagerbock (22) umschlossen sind, welcher an der ersten Gelenkhälfte (2, 12) befestigt ist.11. Cardan shaft according to claim 5, characterized in that the bearings (21) are enclosed by a bearing block (22) which is fastened to the first joint half (2, 12). 18.03.1988 DK/Py
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0424k/41-42
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