DE2801182B1

DE2801182B1 - Teleskopantriebswelle

Info

Publication number: DE2801182B1
Application number: DE2801182A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Ing.(Grad.) 6458 Rodenbach Welschof
Original assignee: Loehr & Bromkamp 6050 Offenbach GmbH
Current assignee: Loehr & Bromkamp 6050 Offenbach GmbH
Priority date: 1978-01-12
Filing date: 1978-01-12
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IT7906902V0; IT7905104A0; DE2801182C2; US4257244A; IT1120165B

Description

Die Erfindung betrifft eine Teleskopantriebswelle mit einem inneren Wellenteil, welches in einem hohlen äußeren Wellenteil axial verschiebbar unter Zuhilfenahme von einer Führung und der Drehmomentübertragung dienenden, durch haltergeführten Wälzkörpern angeordnet ist, wobei die Wälzkörper in Reihen zwischen innerem und äußerem Wellenteil bewegbar sind und eine Einrichtung vorhanden ist, welche die synchrone Bewegung der Wälzkörper mit ihrer Halterung bezüglich des inneren und äußeren Wellenteils gewährleistet

Es sind Wellenkupplungen bekannt (z. B. DE-PS 8 85 846), bei der zwischen den Wellenteilen die Kugeln abrollen können. Es bedarf jedoch hierzu einer aufwendigen Konstruktion, da die Kugeln in einem über die gesamte axiale Länge sich erstreckenden Käfig geführt werden müssen. Dieser Käfig muß darüber hinaus noch eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die durch den für die Führungskugel notwendigen Querschlitz hervorgerufene Schwächung des Querschnittes aufzufangen. Es ist ebenfalls eine Schwächung des Außenteiies durch die Anordnung einer Führungs-1 UIe zu vermeiden, so daß die Querschnitte unwirtschaftlich groß gehalten werden müssen. Auch läßt sich diese Führungsrille nicht mit einfachen Verfahren herstellen.

Des weiteren sind zwar Teleskopwellen bekannt (z. B. DE-PS 12 19 29t), bei denen die Bruchgefahr der ineinanderschiebbaren Profilwellen, auch bei hohen Drehmomenten und Drehmomentspitzen infolge Verklemmung durch eine Ölfüllung des ringförmigen Hohlraums vermindert wird, jedoch ist diese Kugelführung sehr aufwendig und nur durch die zusätzliche Abdichtung gewährleistet. Bei einer Undichtigkeit des Systems ist einerseits mit Ölverlust und andererseits mit Eindringen von Schmutz zu rechnen, so daß eine einwandfreie Kugelführung nicht mehr gewährleistet ist. Bei einer Beschädigung dieser Abdichtung ist im weiteren Verlaufe des Arbeitsbetriebes mit einem Verklemmen der Profilrohre und damit verbundenen Bruchgefahr zu rechnen.

Hiervon ausgehend soll bei einer Teleskopwelle die Aufgabe gelöst werden, daß die Drehmomentübertragungselemente auf einen genau vorbestimmten Verschiebeweg geführt werden, dabei soll gewährleistet sein, daß die Drehmomentübertragungselemente bei Axiaibewegungen zwischen innerer und äußerer Welle abrollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halter aus je einem zu beiden Seiten der Wälzkörperreihen zwischen dem äußeren Wellenteil und dem inneren Wellenteil angeordneten Führungsring besteht, wobei jeder Führungsring auf seiner Außenfläche mit Gewinde versehen ist und mit diesem in einem entsprechenden Gewinde des äußeren Wellenteils geführt ist und eine mit Gewinde versehene Bohrung aufweist, und mit diesem auf einem entsprechenden Gewinde des inneren Wellenteils geführt ist und wobei das Außengewinde zum Innengewinde eine entgegengesetzte Steigung besitzt.

Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, daß die bei Drehmomentspitzen mögliche Verklemmung der ineinander schiebbaren Profilwellenteile dadurch vermieden wird, daß die Wälzkörper zwischen Außen- und Innenteil, auch unter der Einwirkung der bei Drehmomentspitzen ansteigenden Reibung ständig wirksam ist und daß dabei gewährleistet ist, daß die Wälzkörper sich immer mit der halben Verschiebegeschwindigkeit bewegen. Die hierzu verwendeten Führungsringe lassen durch die entgegengesetzten Gewindesteigungen zwischen Innen- und Außenteil des Wälzkörpers keine andere Wahl.

Um eine leichtgängige Funktion des Systems zu gewährleisten, ist nach einem weiteren Merkmal vorgesehen, daß die Steigung des Innengewindes und des Außengewindes des Führungsringes ein- bis dreimal so groß ist, wie dessen mittlerer Durchmesser. Ein

derartiges Steilgewinde arbeitet bei axialer Verschiebung ohne übermäßig große Reibungsverluste.

Bei einer anderen Ausführungsform ist nach einem weiteren Merkmal vorgesehen, daß bei Verwendung eines Käfigs dieser mit den Führungsringen axial fest und in Umfangsrichtung drehbar verbunden ist. Diese Ausführungsform ermöglicht ebenfalls eine Steuerung der Wälzkörper, denn der der Führung dienende Käfig ist axial an den Führungsringen befestigt

Um die Wälzkörper exakt auf dem halben Schiebeweg zu führen, ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal vorgesehen, daß die Steigung des Innengewindes eine gleich große Steigung besitzt wie die des Außengewindes und daB dabei der Anlagepunkt der Wälzkörper in der äußeren Rille und der Anlagepunkt in der inneren Rille auf einer durch den Wälzkörpermittelpunkt verlaufenden Geraden angeordnet sind.

Um eine derartige Teleskopwelle nach Möglichkeit zu verbilligen, sind möglichst Normteile zu verwenden, die die Herstellkosten verringern. Es ist daher nach einer weiteren Aiisführungsform vorgesehen, daß die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß die Steigung des Innengewindes eine unterschiedliche Steigung zur Steigung des Außengewindes besitzt, wobei das Verhältnis von der Steigung des Innengewindes zur Steigung des Außengewindes gleich groß ist, wie das Verhältnis des Abrollweges des Wälzkörpers in der inneren Rille zum Abrollweg des Wälzkörpers in der äußeren Rille. jo

Durch diese Ausführr.igsform wird erreicht, daß die rollende Bewegung der Wälzkörper nicht bei der halben Geschwindigkeit auftritt, sondern entsprechend dem Verhältnis verändert werden kann. Es wird dadurch erreicht, da£· die ro .1 nd zurückgelegte axiale Strecke in der aufwendigen äußeren Nabe verkürzt werden kann, so daß in Jiesem Bauteil eine Verbilligung erreicht werden kann. Die Steuerung der Wälzkörper kann weiter mit den zuvor beschriebenen Führungsringen erfolgen, se daß lediglich die Steigung der beiden verwendeten Gewinde unterschiedlich groß bemessen wird Die unterschiedliche rollende Bewegung wird dadurch erreicht, da das Verhältn" / zwischen den beiden Steigungen und den Abrollweger Tleich ist.

I =

cos Λα + cos Λ i
cos Λ ι

Es bedeutet; S.\ = Steigung des Außengewindes *

5, = Steigung des Innengewindes

ti a = Winkel zwischen Anlagepunkt der Kugel in der äußeren Rille und der Senkrechten auf der

Rollachse tii = Winkel zwischen Anlagepunkt der Kugel in der inneren Rille und der Senkrechten auf der Rollachse

Der Abrotrweg ist bei verschiedenen bemessenem Kontaktwinkel O₃, bzw. d, deshalb unterschiedlich, weil bo der senkrechte Abstand vom Kontaktpunkt jeder Rille zur Rollachse der Kugel unterschiedlich groß ist.

Bevorzugte Ausffihrungsbcispiele nach der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt μ

F i g. 1 eine Teleskopantriebswelle in Seitenansicht geschnitten,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie l-l. der in Fig.) dargestellten Teleskopantriebswelle,

Fig.3 eine Antriebswelle im Prinzip wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Kugeln durch einen Käfig geführt werden,

Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie H-Il, der in F i g. 3 dargestellten Antriebswelle,

F i g. 5 eine Kugel, weiche in einer Rille des inneren und äußeren Wellenteiles aufgenommen ist, mit ihren entsprechenden Kugelanlagepunkten.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Teleskopantriebswelle besteht im wesentlichen aus dem äußeren Wellenteil 1, in dessen zylindrischen Hohlraum 2 Rillen 3 zur Aufnahme der Kugeln 4 angeordnet sind. Im zylindrischen Hohlraum 2 des äußeren Wellenteils 1 ist axial verschiebbar das innere Wellenteil 5 aufgenommen. Das innere Wellenteil 5 ist ebenfalls mit einer Anzahl dem äußeren Wellenteil f entsprechenden Anzahl von Rillen 6 versehen. Jeweils eine Rille 3 des äußeren Wellenteils 1 und eine Rille 6 des inneren Wellenteiles 5 nehmen zur Drehur- >mentübertragung mehrere hintereinanderiiegend angeort'Tieie Kugeln 4 auf. Damit während der Drehmomentübertragung im Fahrbetrieb während der Längenverschiebung zwischen dem äußeren Wellenteil 1 und dem inneren Wellenteil 5 die Kugeln 4 nicht verklemmen, ist durch die Führungsringe 7 eine Rollbewegung der Kugeln 4 in ihren Rillen 3,4 gewährleistet.

Die Führungsringe 7 sind auf ihrer äußeren Mantelfläche 8 mit einem Steilgewinde 9 versehen. Mit diesem Steilgewinde 9 sind die Führungsringe 7 in einem entsprechend verlaufenden Steilgewinde 10 im Hohlraum 2 des äußeren Wellenteils geführt. Die Bohrung 11 des Führungsringes 7 ist ebenfalls mit einem Steilgewinde 12 versehen, jedoch besitzt dieses Gewinde 12 zum Gewinde 9 eine entgegengesetzte Steigung. Der Führungsring 7 ist mit seinem Steilgewinde 12 auf einem entsprechenden Gewinde 13 des inneren Wellenteils 5 aufgenommen. Bei Verschiebung des äußeren Wellenteils 1 relativ zum inneren Wellenteil 5 werden bei gleicher Gewindesteigung die Führungsringe 7 auf dem hai! cn Verschiebeweg gehalten und somit führen die Kugeln 4 zwangsläufig eine Rolibewegung auf den halben Verschiebeweg aus. Durch diese Führungsringe 7, die an jeder Seite einer Kugelreihe angeordnet sind, ist eine exakte Führung der Kugeln 4 selbst gewährleistet Um eine axiale Längenbegrenzung bei Verlängerung der Antriebswelle zu erreichen, ist im zylindrischen Hohlraum 2 des äußeren Wellenteils 1 ein Sicherungsring 14 vorgesehen, dieser dient als Anschlag für den Führungsring 7. Um bei Verkürzung der Teleskopantriebswelle eine Längenbegrenzung zu erreichen, ist auf dem Außenumfang des inneren Wellenteiles 5 der Sicherungsring 15 in einer entsprechenden Nut aufgenommen und ebenfalls als Anschlag für den Führungsring 7 benntzt werden kann.

In den F i g. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der in F i g. 1 und 2 dargestellten Teleskopantriebswelle gezeigt Der Unterschied besteht darin, daß lediglich ein einziger Führung» ing 7 benötigt wird, da die Kugeln 4 durch einen Führungskäfig 16 geführt und gehalten werden. Der Käfig 16 besteht aus einem rohrförmigen Teil, in welchem eine der Kugelanzahi tntsprechende Anzahl von Ausnehmungen 17 angeordnet ist und im Bereich jeder Führungsrille mit Befestigungselementen

18 versehen ist, die über spanlos angepreßte Haltenasen

19 den Führungsring 7 formschlüssig umfassen. Durch diese Befestigung des Käfigs 16 an den FQhningsnng 7 ist eine axiale Fixierung gewährleistet wobei in

Umfangsrichtung der Führungsring 7 freigängig ist, damit die Bewegungen der entgegengesetzten verlaufenden Gewinde 10, 13 notwendigen Bewegungen des Führungsringes 7 ausgeführt werden können.

In Fig.5 ist jeweils eine Rille 3 des äußeren Wellenteiles I, sowie eine Rille 6 des inneren Wellenteiles 5 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab dargestellt. Bei Relativverschiebung der Wellenteile 1 und 5 senkrecht zur Zeichenebene, wird die Kugel 4 sich ωπ die Rollachse 20 drehen. Der Abrollweg der Kugel 4 richtet sich danach auf die Kugel 4 im Rillengrund 21 oder unter einem bestimmten Kontaktwinkel oa bzw. fii an einem bestimmten Anlagepunkt 22 an der Wandung der Rille 3 oder an einem Anlagepunkt 23 in der Wandung der Rille 6 anliegt. Werden die Kontaktwinkel ι "> oa, 6i gleichgroß gewählt, so ist auch der Abstand von dem Anlagepunkt senkrecht zur Rollachse gleich groß und es ergeben sich bei der Verschiebung der Wellenteile I, 2 zueinander, gleiche Abrollwege der Kugeln. Bei gleichen Abrollwegen wird die Kugel auf .'" dem halben Verschiebeweg geführt. Bei dieser Auslegung des halben Verschiebeweges ist es jedoch unbedingt notwendig, daß die Steigungen der Gewinde 10,9 bzw. 13,12 gleich groß bemessen sind.

Für den Fall, daß das Verhältnis der Gewindesteigun- r> gen ungleichmäßig verwendet werden soll, um damit eine unterschiedliche zurückverlegende axiale Strecke der Kugeln 4 zu erreichen, wenn beispielsweise die Nabe verkürz! werden soll, so kann die Steuerung der Kugeln dadurch beeinflußt werden, daß die Kontakt- >" winkel da, öiunterschiedlich groß bemessen werden. Ein solcher Fall ist in der F i g. 5 dargestellt. Hier ist deutlich zu erkennen, daß der Kontaktwinkel oa größer ist als der Kontaktwinkcl όί. somit ist der Abstand des Anlagepunktes 22 zur Rollachse 20 kleiner als der r> Abstand des Anlagepunktes 23. Bei einer derartigen Wahl der Kontak «winkel wird erreicht, daß die Kugel im Innenteil 5 einen kleineren Weg in der Rille 6 zurücklegt, als im Außenteil 1. Es ist hierbei natürlich ohne weiteres einzusehen, daß dementsprechend auch die Steigungswinkel ausgelegt werden müssen. Diese Auslegung der Gewindesteigung zueinander im Verhältnis zu den Kontaktwinkeln wird durch die allgemeine Formel vorgeschlagen, und ist je nach Ausführungsbeispiel im einzelnen festzulegen.

Be/iigs/eichenlistc

1 äußeres Wcllcnteil

2 zylindrischer Hohlraum

3 Rillen

4 Kugeln

5 inneres Wellcnteil

6 Rillen

7 Führungsring

8 äußere Mantelfläche der Führungsringe

9 Steilgewindcdes Führungsringes

10 Steilgewinde des äußeren Wcllenteils

11 Bohrung

12 Stcilgewinde in der Bohrung des Führungsringes

13 Steilgewindc des inneren Wcllenteils

14 Sicherungsring

15 Sicherungsring

16 f-'ührungskäfig

17 Ausnehmungen

18 Befestigungselemente

19 Haltenase

20 Rollachsc

21 Riilengrund

22 Anlagepunkt

23 Anlagepunkt

Hier/u 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Taleskopantriebswelle mit einem inneren Wellenteil, welches in einem hohlen äußeren Wellenteil axial verschiebbar unter Zuhilfenahme von einer Führung und der Drehmomentübertragung dienenden, durch Halter geführten Wälzkörper angeordnet ist, wobei die Wälzkörper in Reihen zwischen innerem und äußerem Wellenteil bewegbar sind und eine Einrichtung vorhanden ist, welche die synchrone Bewegung der Wälzkörper mit ihrer Halterung bezüglich des inneren und äußeren Wellenteils gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter aus je einem zu beiden Seiten der Wälzkörperreihen zwischen dem äußeren Wellenteil (1) und dem inneren Wellenteil (5) angeordneten Führungsring (7) besteht, wobei jeder Führungsring (7) auf seiner Außenfläche (8) mit Gewinde (S> versehen ist und mit diesem in einem entsprechenden Gewinde (10) des äußeren Weilenteils (1) geführt ist und eine mit Gewinde (12) versehene Bohrung (11) aufweist, und mit diesem auf einem entsprechenden Gewinde (13) des inneren Wellenteils (5) geführt ist und wobei das Außengewinde (9, 10) zum Innengewinde (12, 13) eine entgegengesetzte Steigung besitzt

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innengewindes (12, 13) und des Außengewindes (9,10) des Führungsrin- jo ges (7) ein- Sis dreimal so groß ist, wie dessen mittlerer Durchmesser.

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Käfigs (16) dieser mit dem Führungsring (";> axial fest und in η Umfangsrichtung drehbar verbunden ist.

4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innengewindes (H, 13) eine gleich große Steigung besitzt wie die des Außengewindes (9, 10) und daß dabei der Anlagepunkt (22) der Wälzkörper (4) in der äußeren Rille (3) und der Anlagepunkt (23) in der inneren Rille (6) auf einer durch den Wälzkörpermittelpunkt verlaufenden Geraden angeordnet ist.

5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 4-> zeichnet, daß die Wälzkörper als Kugeln (4) ausgebildet sind.

6. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Innengewindes (12, Π) eine unterschiedliche Steigung zur Steigung des vi Außengewindes (9,10) besitzt, wobei das Verhältnis von der Steigung des Innengewindes (12, 13) zur Steigung des Außengewindes (9, 10) gleich groß ist, wie das Verhältnis des Abrollweges des Wälzkörpers (4) in der inneren Rille (6) zum Abrollweg des v> Wälzkörpers (4) in der äußeren Rille (3).