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Es ist bekannt zur Übertragung der Antriebskräfte in einem Fahrzeug Antriebswellen zu verwenden, die sowohl Versatzbewegungen zwischen An- und Abtrieb als auch Längsbewegungen zulassen. Zum Längenausgleich sind derartige Antriebswellen in zumindest einem Bereich ihrer Erstreckung geteilt, die Teile in Längsverzahnungen ineinander gesteckt und auf diese Weise axial längsverschiebbar miteinander verbunden. Die Enden der Wellenteile sind zum Ausgleich von Versatzbewegungen mit Gelenken, beispielsweise Kardangelenken oder Gummigelenken ausgebildet, die in eingebautem Zustand mit dem Fahrzeug verbunden sind. Für den Transport und in der Montage müssen die jeweils zusammengehörenden Wellenteile so verbunden werden, dass ein unbeabsichtigtes Ausziehen vermieden wird. Gleichzeitig darf aber diese Auszugssicherung den Längenausgleich im Betrieb nicht behindern.
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Gemäß der gattungsbildenden
DE 40 38 882 A1 dienen Sicherungsdrähte als Auszugssicherung, mit denen die beiden in einer Längsverzahnung ineinander liegenden Wellenteile verbunden sind. Die Sicherungsdrähte verhindern, dass die Wellenteile in ausgebautem Zustand auseinanderfallen können. Die von der Sicherung zugelassenen Verschiebewege sind größer als die maximal im Betrieb vorkommenden Auszugswege. Um den Austritt von in der Längsverzahnung eingebrachtem Schmierfett in die Umgebung und um den Eintrag von Schmutz zu verhindern, ist zwischen äußerem und innerem Wellenteil eine Gleitdichtung vorgesehen. Die Montage der Auszugssicherung ist aufwendig und daher teuer.
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In der
DE 197 09 282 A1 ist bei einer Antriebswelle mit zwei Kreuzgelenken eine weitere Bauart einer Auszugssicherung dargestellt. Diese Auszugssicherung soll nicht nur verhindern, dass zwei in einer Längsverzahnung ineinander verschiebbare Wellenteile bei der Montage oder beim Transport auseinandergezogen werden können, sondern auch, dass die Wellenteile nicht getrennt werden, wenn sich im Fall eines Bruches die Antriebswelle aus ihrer Befestigung im Fahrzeug löst. Die Auszugssicherung muss deshalb in der Lage sein, auch entsprechend hohe Kräfte aufzunehmen. Die Auszugssicherung umfasst einen ringförmigen Anschlag, der am Ende des innenliegenden Wellenteils durch einen Sicherungsring befestigt ist. Der Außendurchmesser des ringförmigen Anschlagrings ist größer als der Innendurchmesser der Längsverzahnung des außenliegenden Wellenteils. Bei übermäßigem Auszug wird die Bewegung der Wellenteile dadurch blockiert, dass der Anschlagring gegen die Längsverzahnung anläuft. Die Abdichtung der Wellenteile gegen die Umgebung wird wiederum durch eine Gleitdichtung dargestellt. Die dargestellte Auszugssicherung ist in der Herstellung aufwendig. Eine Montage und insbesondere die Demontage im Reparaturfall ist schwierig, weil der Zugriff auf den Sicherungsring und den Anschlagring die Demontage weiterer Teile erfordert.
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Die
WO 2005/012771 A2 zeigt die Ausbildung eines Gleichlaufgelenks mit einem Faltenbalg zur Abdichtung. Das Gleichlaufgelenk besitzt ein inneres und ein äußeres Anschlussstück. Das innere Anschlussstück ist mit einer Welle verbunden, die sich relativ zum inneren Anschlussstück verschieben kann. Ein erster Faltenbalg ist mit dem äußeren Anschlussstück fest verbunden und bildet mit der Welle eine Gleitdichtung. Der entsprechende Rand des Faltenbalgs ist also nicht starr mit der Welle gekoppelt, sondern lässt Relativbewegungen der Welle zum Faltenbalg zu. Um die Dichtkraft zu erhöhen, kann das entsprechende Ende des Faltenbalgs auch von einer Federklammer umfasst sein. Weiterhin ist noch ein zweiter, den ersten Faltenbalg umfassender Faltenbalg vorgesehen, der jedoch in an sich üblicher Weise an beiden Enden fixiert ist und bei Relativbewegungen der Welle gegenüber dem äußeren Anschlussstück seine Form ändert.
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Bekannt ist auch eine teleskopierbare Welle für Fahrzeuglenkungen, bestehend aus einer Hohlwelle und einer in dieser teleskopierbaren Vollwelle, wobei der Bereich, in dem die beiden Wellen miteinander verbunden sind, zum Schutz gegen den Eintritt von Regenwasser, Schmutzwasser und Staub sicher abgedichtet und gegen eine Veränderung der Gleitbelastung geschützt ist. Das Dichtungselement besteht aus einem Faltenbalg, der an seinem einen Ende einen festen Bereich aufweist, mit dem er in eine Aussparung der Hohlwelle einrastet und dort fixiert. An seinem anderen Ende weist er einen durch Dichtlippen gebildeten Dichtbereich auf, mit dem er in geeignetem Eingriff mit der äußeren Umfangsfläche der Vollwelle in Kontakt steht. Während der Bereitstellung der teleskopierbaren Welle an einem Fahrzeug oder wenn die teleskopierbare Welle im Fall einer Kollision sich über eine größere Strecke bewegt, gleitet der Dichtbereich an der äußeren Umfangsfläche der Vollwelle entlang (
WO 2006/009230 A1 ).
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Ferner ist eine Schmiereinrichtung für eine Verbindungsanordnung, bestehend aus einer Gelenkhohlwelle und mit dieser über eine Keilverzahnung drehfest, jedoch axial verschiebbar verbundene Antriebswelle bekannt, die durch einen Faltenbalg gebildet wird. Die Enden des Faltenbalgs sind jeweils mittels eines Klemmringes mit dem nicht genuteten Teil der Antriebswelle bzw. der Außenumfangsfläche der Gelenkhohlwelle fest verbunden (
CH 374298 A ).
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Schließlich ist eine kombinierte Dicht- und Faltenbalganordnung für eine teleskopierbare Lenkwellenvorrichtung bekannt, deren eines Ende mittels eines Metallbandes auf einem Absatz einer mit einer inneren Keilverzahnung versehenen Lenkwelle befestigt ist. In dieser Lenkwelle ist eine mit einem Kardangelenk verbundene, das Gegenprofil zur inneren Keilverzahnung aufweisende Lenkwelle gleitend geführt. Um deren Außenumfangsfläche herum ist der Faltenbalg angeordnet, dessen anderes Ende Dichtlippen umschließt, die im Querschnitt der äußeren Keilverzahnung angepasst mittels eines Metallbandes gleitend in der äußeren Keilverzahnung befestigt sind, wobei das Metallband im Bereich zwischen dem Faltenbalg und den Dichtlippen angeordnet ist. Die Dichtlippen stehen während des Normalbetriebs, bei dem lediglich eine kleine relative Bewegung zwischen den Wellen stattfindet, mit einem Bereich der Lenkwelle in Kontakt, der eine hohe Haftreibung auf die Dichtlippen ausübt. Erst wenn die Wellen über eine größere Strecke teleskopiert werden, z. B. während der Wartung, bewegen sich die Dichtlippen axial aus diesem Bereich der Haftreibung heraus. (
GB 2 284 398 A ).
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine in der Herstellung einfache und kostengünstige Auszugssicherung darzustellen, die kurzbauend ist und eine zusätzliche Funktion übernimmt.
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Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Als Sicherung gegen Auszug dient ein die beiden Wellenteile umfassender Faltenbalg, dessen Ränder mit den Wellenteilen auszugsbegrenzend und dichtend zusammenwirken. Um einen kurzbauenden Faltenbalg verwenden zu können, aber trotzdem im Betrieb eine ausreichende Auszugsbewegung der beiden ineinander gesteckten Wellenteile gegeneinander zulassen zu können, ist der Faltenbalg an wenigstens einem Rand in begrenztem Maß relativ zu dem von ihm umfassten Wellenteil axial gleitend verschiebbar. Von besonderem Vorteil ist, dass der Faltenbalg zusätzlich die Funktion einer Abdichtung gegen die Umgebung übernimmt, so dass ein Austritt von Schmierfett aus der Längsverzahnung und auch ein Eintrag von Schmutz verhindert wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Als mit dem Faltenbalg zusammenwirkende Auszugsbegrenzung dient zweckmäßigerweise ein innerhalb des Faltenbalgs angeordneter ringförmiger Anschlag für den relativ zum umfassten Wellenteil verschiebbaren Rand des Faltenbalgs.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Anschlag an einem auf dem Wellenteil sitzenden Klemmring gebildet.
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Der Klemmring ist vorzugsweise auf dem an die Außenverzahnung des inneren Wellenteils anschließenden Abschnitt des inneren Wellenteils angeordnet, wobei der Klemmring auf dem inneren Wellenteil sowohl in Auszugsrichtung durch Mitnahme am Rand des Faltenbalgs als auch in der der Auszugsrichtung entgegengesetzten Richtung durch Mitnahme an dem äußeren Wellenteil verschiebbar ist, wobei die Verschiebbarkeit in Auszugsrichtung durch die auf entsprechendem Durchmesser liegende Außenverzahnung begrenzt ist. Diese Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, dass sehr große Verschiebewege der Wellenteile gegeneinander darstellbar sind, dadurch dass der Klemmring zwischen dem Ende der Längsverzahnung und dem axial verschiebbaren Rand des Faltenbalgs frei verschiebbar ist.
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Der Anschlag kann in einer anderen Ausgestaltung ein den Auszug begrenzender Absatz sein, der durch einen Durchmessersprung gebildet ist.
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Vorzugsweise ist der Anschlag von der den anschließenden Wellenabschnitt überragenden Außenverzahnung des inneren Wellenteils gebildet.
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Vorzugsweise ist der Anschlag mit einer schrägen Rampe ausgebildet.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung ist an dem zum Wellenteil relativ verschiebbaren Rand des Faltenbalgs eine Dichtlippe angeformt.
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Dabei ist die Dichtlippe vorzugsweise schräg zur Auszugsrichtung auf den Anschlag hin ausgerichtet. Dies ist bei der Montage von Vorteil, da beim Überstreifen des Faltenbalgs auf die Welle entgegen der Auszugsrichtung die Dichtlippe nach außen klappt und dadurch die aufzuwendende Kraft reduziert wird. Entgegen der Auszugsrichtung richtet sich die Dichtlippe bei Anlaufen auf die Anschlagfläche auf, so dass ein erhöhter Widerstand gegen Auszug entsteht.
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Der Dichtrand des Faltenbalgs kann aber auch mit zwei radial gerichteten Dichtlippen ausgebildet sein, die eine zum Wellenteil hin offene Umfangsnut begrenzen. In der von den Dichtlippen gebildeten, zum Wellenteil offenen Umfangsnut kann ein Stützring angeordnet sein, der auf dem Außendurchmesser des Wellenteils anliegt. Auf der Rückseite des Anlagebereichs ist zweckmäßigerweise ein gegen das Wellenteil vorgespanntes Spannelement angeordnet.
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Der Stützring kann entfallen, wenn durch geeignete Materialwahl des Faltenbalgs schon eine ausreichende radiale Steifigkeit seines Randes zu erzielen ist, so dass in Verbindung mit einer Spanmuffe die notwendige Abdichtung und die geforderte Auszugssicherheit gewährleistet werden.
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Die Dichtlippe ist vorzugsweise in Form eines engen Wellenbogens ausgebildet.
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Die Dichtlippe kann bundförmig ausgebildet sein.
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Zur Erhöhung der Auszugskräfte kann auf der Rückseite der Dichtlippenbereiche ein gegen das Wellenteil vorgespanntes Spannelement angeordnet sein. Die Vorspannung wird so gewählt, dass eine gute Abdichtung erzielt wird, zugleich aber axiales Gleiten ohne großen Widerstand möglich ist.
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Zweckmäßigerweise ist das Spannelement als Federring mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt, als Sprengring oder als Spannmuffe ausgebildet.
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Die Vorspannung wird jeweils so gewählt, dass bei Transport oder Montage ein unbeabsichtigtes Ausziehen der Wellenteile zumindest unter der Gewichtskraft verhindert wird.
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Die Dehnfähigkeit des Faltenbalgs und die Verschiebemöglichkeit sind so eingestellt, dass die Auszugslänge der ineinander gesteckten Wellenteile bei einer vorgegebenen Auszugskraft um einen vorgebbaren Betrag größer als der maximale Auszug im Betrieb ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht einer aus zwei in einer Längsverzahnung gegeneinander verschieblichen Wellenteilen bestehenden Antriebswelle mit einem Faltenbalg als Auszugsbegrenzung;
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2 eine Detaildarstellung der auszugsbegrenzenden Teile der in 1 dargestellten Antriebswelle;
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3, 4 und 5 der 2 entsprechende Darstellungen weiterer Gestaltungsmöglichkeiten der auszugsbegrenzenden Teile.
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In der 1 ist eine Antriebswelle 1 in einer Längsschnittansicht dargestellt. Die Antriebswelle 1 besteht aus einem inneren Wellenteil 5, das an ein Gelenk 7 angeschlossen ist und einem äußeren Wellenteil 6, das an ein weiteres, jedoch nicht dargestelltes Gelenk angeschlossen ist. Das Gelenk 7 ist nicht beschränkt auf ein Kreuzgelenk wie dargestellt. Die Wellenteile 5 und 6 sind im Bereich einer Längsverzahnung 2 ineinander gesteckt. Bei in einem Fahrzeug eingebauter Antriebswelle lässt die Längsverzahnung 2 Verschiebungen der Wellenteile 5, 6 gegeneinander zu. Die Verschiebungen rühren davon her, dass die an die Gelenke angeschlossenen Fahrzeugteile Bewegungen gegeneinander ausführen. Die Längsverzahnung 2 wird von einer Innenverzahnung 4 an einem äußeren Wellenteil 6 und einer Außenverzahnung 3 am inneren Wellenteil 5 gebildet. Mit den beiden Wellenteilen 5 und 6 gekoppelt ist ein Faltenbalg 8. An einem Rand 9 ist der Faltenbalg am äußeren Wellenteil 6 durch ein Klemmmittel 14 starr fixiert. Am anderen Rand 10 ist der Faltenbalg 8 mit einer Dichtlippe 12 ausgebildet, die dichtend aber gleitbeweglich auf dem inneren Wellenteil 5 anliegt. Verschiebungen der beiden Wellenteile 5, 6 gegeneinander bedingen daher, vorausgesetzt die Dichtlippe 12 liegt nicht in einem Anschlag an, eine Relativbewegung des Randes 10 gegenüber dem Wellenteil 5. Der Faltenbalg 8 hat dabei zwei Funktionen. Zum einen bildet er eine dichtende Abdeckung, die den Austritt von Fett aus der Längsverzahnung 2 und den Eintrag von Schmutz aus der Umgebung verhindert. Zum anderen bildet der Faltenbalg 8 eine Auszugssicherung, die in aus dem Fahrzeug ausgebautem Zustand der Antriebswelle 1 wirksam wird. Für Transport und in Montage muss nämlich gewährleistet sein, dass die Wellenteile 5 und 6 nicht auseinandergezogen werden können, z. B. unter der Gewichtskraft in hängendem Zustand. Dies leistet eine Anlauffläche an einem Anschlag im Zusammenwirken mit dem auf dem Wellenteil 5 gleitend verschiebbaren Rand 10 des Faltenbalgs 8.
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Verschiedene Ausführungsformen des Faltenbalgs 8 und des Anschlags sind in den 2 bis 5 dargestellt. In der Ausführungsart nach 2 dient ein selbst auf dem Wellenteil 5 verschiebbarer Klemmring 11, der eine der Dichtlippe 12 gegenüberliegende Anlauffläche besitzt, als Anschlag. In eingebautem Zustand der Antriebswelle 1 wird der Klemmring 11 im Bereich zwischen der Stirnseite der Außenverzahnung 3 und dem Rand 10 auf dem Wellenteil 5 frei verschoben, je nachdem welche Relativbewegungen die Wellenteile 5, 6 gegeneinander ausführen. Unter dem Eigengewicht in ausgebautem Zustand der Antriebswelle 1 stehend liegt der Klemmring 11 an der Stirnfläche der Außenverzahnung 3 des inneren Wellenteils 5 an und verhindert, dass der Rand 10 aufgrund seines Durchmessers über die Außenverzahnung hinweggezogen wird, wobei der Faltenbalg 8 unter Dehnung die Gewichtskraft des daran hängenden Wellenteils aufnimmt. Der Rand 10 muss hierzu aus einem Material bestehen, das eine entsprechende radiale Steifigkeit aufweist.
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Der Vorteil dieser Ausbildung ist, dass der Faltenbalg 8 kurzbauend ausgeführt werden kann und dennoch große Verschiebewege der Wellenteile 5, 6 im eingebauten Zustand gegeneinander möglich sind, weil ein Teil des benötigten Verschiebewegs durch die Verschieblichkeit des Randes 10 des Faltenbalgs 8 gegen das Wellenteil 5 dargestellt wird.
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Die Ausführungen gemäß den 3 bis 5 folgen derselben erfinderischen Idee. Der Anschlag für den relativ zum Wellenteil 5 verschiebbaren Rand 10 ist hier jedoch fest, denn er wird durch einen Absatz 13 des Wellenteils 5 gebildet, der durch einen Durchmessersprung entsteht. Dazu ist der Durchmesser des Wellenteils 5 im Bereich des anliegenden Randes 10 kleiner gehalten als der Außendurchmesser der Längsverzahnung 4, die damit als Anschlag gegen Auszug wirkt.
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Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit des Faltenbalgrands 10 ist gemäß 3 ein Federring 17 mit kreisförmigem Querschnitt auf dem Außenumfang des Faltenbalgs 8 vorgesehen. Der Federring 17 verhindert die Weitung des Faltenbalgrands 10, so dass auch relativ hohe Auszugskräfte den Faltenbalg 8 nicht über den Anschlag hinwegziehen können. Statt eines Federrings 17 mit kreisförmigem Querschnitt kann aber auch ein Federring mit rechteckigem Querschnitt, beispielsweise ein Sprengring mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Der Federring 17 kann zur Unterstützung der Abdichtung eine radiale Vorspannung aufweisen.
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In der Ausgestaltung nach den 2 und 3 ist weiterhin die Dichtlippe 12 in Form eines schmalen Wellenbogens ausgebildet und schräg zur Auszugsrichtung auf den Anschlag, den Klemmring 11 bzw. den Absatz 13 hin ausgerichtet. Dies hat den Vorteil, dass sich die Dichtlippe 12 bei Anlaufen auf den Anschlag 13 aufrichtet und sich dadurch die Kraft gegen Auszug erhöht. Zugleich wird die Montage erleichtert, da die Dichtlippe 12 durch die Schrägstellung bei Bewegungen entgegen der Auszugsrichtung nach außen klappt und sich damit eine Aufweitung ergibt.
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Im Fall des Ausführungsbeispiels nach 4 ist der Rand 10 des Faltenbalgs 8 zur Erhöhung der radialen Steifigkeit mit zwei radial gerichteten Wellenbögen ausgebildet, die Dichtlippen 12 bilden. Die Wellenbögen begrenzen eine zum Wellenteil hin offene Umfangsnut, in der ein Stützring 16 angeordnet sein kann, der auf dem Außendurchmesser des Wellenteils 5 anliegt. Eine Spannmuffe 15 bildet einen Widerstand gegen radiale Aufweitung des Faltenbalgrands und dient der Erzeugung einer Vorspannung zur Abdichtung. Der Stützring 16 kann entfallen, wenn durch geeignete Materialwahl des Faltenbalgs schon eine ausreichende radiale Steifigkeit seines Randes 10 zu erzielen ist, so dass in Verbindung mit der Spanmuffe 15 die notwendige Abdichtung und die geforderte Auszugssicherheit gewährleistet wird.
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Auch im Ausführungsbeispiel nach 5 wird eine Spannmuffe 15 verwendet, um in diesem Fall allerdings einen flachen Rand 10 des Faltenbalgs am Wellenteil 5 angedrückt zu halten.
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Die Spannung des Federrings 17 oder der Spannmuffe 15 ist vorzugsweise so eingestellt, dass der axial verschiebbare Rand 10 unter einer Vorspannung steht, die bei Transport oder Montage ein unbeabsichtigtes Ausziehen der Wellenteile 5, 6 zumindest unter Gewichtskraft verhindert.
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Die Verschiebemöglichkeit der Wellenteile 5, 6 gegeneinander ist so eingestellt, dass in ausgebautem Zustand bei einer vorgegebenen Auszugskraft die Auszugslänge der ineinander gesteckten Wellenteile um einen vorgebbaren Betrag größer als der maximale Auszug im Betrieb ist. Die Auszugslänge wird einmal durch die Dehnfähigkeit des Faltenbalgs 8 festgelegt und den Weg, um den sich der Rand 10 gegenüber dem Wellenteil 5 verschieben kann. Damit ist ein kurzbauender Faltenbalg 8 realisierbar, der außer der Funktion der Auszugssicherung auch die Funktion der Abdichtung übernimmt, was eine kostengünstige und einfache Lösung darstellt. Die erfindungsgemäße Auszugssicherung ist somit insbesondere bei Antriebswellen mit eingeschränktem Platzangebot vorteilhaft einsetzbar.
