DE4427532A1 - Längenausgleich mit zwei Profilen für Antriebswellen - Google Patents

Description

Längenausgleich für Antriebswellen insbesondere Kreuzgelenkwel­ len im Antriebsstrang von oder zum Antrieb von landwirtschaft­ lichen Geräten, mit mindestens zwei ineinandergesteckten als Rohre gestalteten Profilen nämlich einem Außenprofil und einem Innenprofil, die zueinander entlang ihrer Längsachse axial ver­ schiebbar sind und zur Übertragung eines Drehmomentes dienen, wobei die Wandungen des Außenprofils und des Innenprofils im Querschnitt teilweise als Kreisringabschnitte gestaltet sind und jeweils mit mindestens einem sich parallel zur Längsachse er­ streckenden, in Form einer nach innen zur Längsachse gerichteten Einziehung eingeformten Vorsprung versehen sind, von denen der des Außenprofils einen Keil und der des Innenprofils eine Nut zum Eingriff des Keiles bildet und die Flanken von Keil und Nut derart geneigt verlaufen, daß ihre gedachten Verlängerungen eine mittig zwischen den Flanken verlaufende und die Längsachse ent­ haltende Mittelebene in einer Mittelachse schneiden, welche von der Längsachse zum jeweiligen Vorsprung hin mit einem Versatz parallelversetzt ist.

Ein solcher Längenausgleich ist in der US 46 22 022 beschrieben. Dabei sind je zwei spitz aufeinander zu verlaufende Flanken auf­ weisende und nach innen gerichtete Vorsprünge vorhanden. Je Profilrohr sind jeweils zwei solcher Vorsprünge vorgesehen. Die Form bewirkt eine Linienberührung zwischen den Vorsprüngen des inneren und äußeren Profiles. Dies führt zu erhöhten Flächen­ pressungen und entsprechend hohem Verschleiß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Längenausgleich zu schaffen, bei dem die zur axialen Verschiebung erforderlichen Kräfte gering sind und welcher einfach mit ausgeprägten Flanken im Wege der spanlosen Umformung hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß, im Quer­ schnitt gesehen, die den Keil bildenden Wandabschnitte des Au­ ßenprofils aus zwei von den ersten Kreisringabschnitten ausge­ henden und die Flanken aufweisenden Flankenabschnitten und einen beide verbindenden, als auf der Längsachse zentrierter Kreisbo­ gen verlaufenden Kopfabschnitt und die die Nut bildenden Wand­ abschnitte des Innenprofils aus zwei von den zweiten Kreisring­ abschnitten ausgehenden und die Flanken aufweisenden Flankenab­ schnitte und einen beide verbindenden, als auf der Längsachse zentrierter Kreisbogen verlaufenden Grundabschnitt bestehen, daß der Versatz so bemessen ist, daß der zwischen den verlängerten Flanken des Außenprofils und denen des Innenprofils jeweils eingeschlossene Winkel um einen Differenzwinkel von mindestens 14° größer ist als der Winkel der sich bei einem radialen Ver­ lauf der verlängerten Flanken bezüglich der Längsachse bei glei­ cher Öffnungsweite im Bereich des Überganges zu den benachbarten Kreisringabschnitten einstellt, daß zwischen der Kopffläche des Kopfabschnittes und der dieser gegenüberliegenden Grundfläche des Grundabschnittes ein Radialabstand vorhanden ist und daß die aus einem zugelassenen maximalen Teilungsfehler der Keile und Nuten der beiden Profile resultierende Radialverstellung der Profile kleiner bemessen ist als der Radialabstand zwischen den Innenflächen der Kreisringabschnitte des Außenprofils und der zugehörigen Außenfläche der Kreisringabschnitte des Innenpro­ fils.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß die aus der Drehmo­ mentübertragung resultierende Umfangskraft mit einem nur kleinen Hebelarm in die als Kreisringabschnitte gestalteten Bereiche der Profile, die rohrförmig ausgebildet sind, eingeleitet wird.

Durch die gewählte Profilform wird im rohrförmigen Profil eine annähernd kastenförmige Rippe erzeugt, welche dazu führt, daß unter Drehmoment nur geringe Verformungen und kleine Spannungen in diesem Bereich auftreten. Durch den Verlauf der Flanken der Nuten bzw. der Keile erfolgt unter Drehmoment eine Selbstzen­ trierung der Profile zueinander, während bei lastfreier Rotation eine Zentrierung über die Kreisringabschnitte gegeben ist. Es ergeben sich nur geringe Axialschiebekräfte. Das bei ineinander verschiebbaren Profilrohren erforderliche Drehspiel hinsichtlich der für die Drehmomentübertragung vorgesehenen Vorsprünge hat keine Auswirkung auf die Anlage der Flanken der Nuten und Keile der beiden Profile. Es ist nämlich gewährleistet, daß aufgrund der Wahl des Differenzwinkels keine Selbsthemmung eintreten kann. Die Winkelbemessung ist ausreichend, um bei dynamischer Belastung eine Selbstzentrierung der beiden Profile zueinander über die Flanken zu gewährleisten. Die im wesentlichen runde Außenkontur führt zu einer Verbesserung des Schwingungsverhal­ tens. Die Profile sind biegesteifer als die bekannten Rohre bei gleichem Rotationsdurchmesser. Schließlich ergibt sich auch noch insofern ein Vorteil, als die Unfallgefahr verringert wird, weil die nach innen gerichteten Keile und Nuten der rotierenden Pro­ file keine Anregung oder Gefährdung von in der Nähe befindlichen Teilen und/oder Menschen bringen. Ferner ist gewährleistet, daß nur die Flanken bei Kraftübertragung zum Tragen kommen und daher die Zentrierung nur über Flanken erfolgt und sich geringe Axial­ verstellkräfte ergeben.

Vorzugsweise beträgt der Differenzwinkel 14° bis 30°. In Ausge­ staltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Winkel zwischen den Flanken des Keils des Außenprofils oder den Flanken der Nut des Innenprofils zwischen 25° und 120°, vorzugsweise zwischen 60° und 100° beträgt. Hieraus ergibt sich eine beson­ ders gute Möglichkeit der spanlosen Herstellung der Keile und Nuten mit ausgeprägten Flanken.

Eine besonders günstige Einleitung der Kräfte in Umfangsrichtung ergibt sich dann, wenn gewährleistet ist, daß die radialen Flan­ ken jeder Nut des Innenprofiles zumindest teilweise im Bereich der radialen Abmessungen der angrenzenden Kreisringabschnitte liegen.

Bevorzugt weisen das Außenprofil und das Innenprofil jeweils mindestens zwei auf ihrem Umfang symmetrisch verteilte Keile bzw. Nuten auf. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei zwei Kei­ len bzw. Nuten, wenn die Profile Bestandteil von Kreuzgelenkwel­ len sind und an ihren Enden jeweils Kreuzgelenke tragen, diese nur in zwei Umfangspositionen zueinander angeordnet sein können, so daß eine phasengleiche Anordnung der Gelenkachsen der Kreuze gewährleistet ist, auch wenn eine erneute Montage erfolgt. Fer­ ner ergibt sich eine günstige Kontur für die als Steckverbindung zwischen einer Gelenkgabel jedes Gelenkes und dem zugehörigen Profil.

Um eine leichtgängige Teleskopierbarkeit sicherzustellen, ist ferner vorgesehen, daß zwischen den Flanken jeder Nut und jedes darin einsitzenden Keiles in Umfangsrichtung bezüglich der Läng­ sachse ein Spiel vorhanden ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Winkel zwischen den Flanken der Nut des Innenprofils um einen derarti­ gen Winkel größer bemessen ist als der Winkel zwischen den Flan­ ken des Keils des Außenprofils und daß sich bei Beanspruchung der Profile unter Nennmoment eine flächige Anlage zwischen Flan­ ken einstellt. Es wird also ein Verformungsweg vorgehalten, der zu einer flächigen Berührung führt. Die Winkeldifferenz beträgt zwischen 0,5° und 1°.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht einer Gelenkwelle mit zwei Kreuz­ gelenken und einer zwischen diesen befindlichen Längenausgleichsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1, jedoch nur durch die Profilpaarung und im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend dem von Fig. 2, jedoch nur durch das Außenprofil und

Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch nur durch das Innenprofil.

Aus Fig. 1 ist eine Gelenkwelle 1 ersichtlich. Diese besteht aus den beiden Kreuzgelenken 2, 3, welche durch einen Längenaus­ gleich 4 miteinander verbunden sind. Dazu ist das erste Kreuzge­ lenk 2 mit dem Innenprofil 7 und das zweite Kreuzgelenk 3 mit dem Außenprofil 6 des Längenausgleichs 4 verbunden. Die beiden Profile, nämlich Außenprofil 6 und Innenprofil 7, sind ineinan­ der verschiebbar. Konzentrisch zum Längenausgleich 4 ist ein Unfallschutz 5 angeordnet, der zu den beiden Kreuzgelenken 2, 3 hin jeweils mit einem Trichter versehen ist, welcher die zugehö­ rigen Kreuzgelenke 2, 3 zumindest teilweise überdeckt und der ferner zwei ineinander verschiebbare Schutzrohre umfaßt. Der Unfallschutz 5 ist über eine Kette an einem ortsfesten Teil festlegbar, so daß er stillsteht, wenn sich die beiden Kreuzge­ lenke 2, 3 mit dem Längenausgleich 4 drehen. Die Gelenkwelle 1 dient zur Drehmomentübertragung. Der Längenausgleich 4 muß zum einen das Drehmoment zwischen den beiden Kreuzgelenken 2, 3 übertragen und zum anderen Abstandsänderungen, die sich zwischen den Beugezentren der beiden Kreuzgelenke 2, 3 ergeben, ausglei­ chen. Hierzu besteht der Längenausgleich 4 aus dem rohrförmigen Außenprofil 6 und dem darin entlang der Längsachse X verschieb­ baren rohrförmigen Innenprofil 7.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht das Außenprofil 6 im Quer­ schnitt aus zwei Kreisringabschnitten 9 und zwei gegenüber der Außenfläche der Kreisringabschnitte 9 eingezogenen Keilen 8, die über die Innenfläche 9a der Kreisringabschnitte 9 nach innen vorstehen. Hierdurch werden zwei um 180° zueinander versetzte und parallel zur Längsachse X verlaufende und nach innen vor­ stehende Keile 8 gebildet, welche, in Umfangsrichtung gesehen, von Flanken 14, 15 und in Radialrichtung von einer Kopffläche 10 begrenzt werden. Die Flanken 14, 15 sind Bestandteil der Flan­ kenabschnitte 14a, 15a, die Teil des rohrförmigen Profils 6 von und jeweils zwei anschließenden Kreisringabschnitten 9 begrenzt sind. Das rohrförmige Innenprofil 7 weist ebenfalls zwei Kreis­ ringabschnitte 12 und nach innen auf die Längsachse X zu einge­ zogene, jedoch Nuten 11 bildende Vorsprünge auf. Diese sind ebenfalls um 180° zueinander versetzt angeordnet und verlaufen parallel zur Längsachse X. Die Nuten 11 sind jeweils durch zwei zu Flankenabschnitten 16a, 17a gehörende Flanken 16, 17 und einen beide verbindenden und die Grundfläche 13 aufweisenden Grundabschnitt 13a begrenzt. Die Längsachse X bildet gleichzei­ tig die Drehachse für die beiden Profile 6, 7. Die beiden Keile 8 des Außenprofils 6 greifen in die jeweils zugehörige Nut 11 des Innenprofils 7 ein. Die beiden Nuten 11 weisen jeweils den beiden Flanken 14, 15 der Keile 8 gegenüberliegend Flanken 16, 17 auf. Durch Anlage der Flanken 14, 16 oder 15, 17 aneinander wird ein Drehmoment um die Achse X bei Drehmomentbeaufschlagung eines der beiden Profile 6, 7 übertragen. Die beiden Profile 6, 7 sind durch Anlage der Außenflächen der Kreisringabschnitte 12 des Innenprofiles 7 und die Innenflächen der Kreisringabschnitte 9 des Außenprofiles 6 mit Radialspiel zueinander zentriert. Zwi­ schen der Kopffläche 10 der beiden Keile 8 und der Grundfläche 13 der Nuten 11 ist jeweils ein Abstand vorhanden. Ebenfalls ist in Drehrichtung um die Längsachse X ein Drehspiel zwischen den Keilen 8 und den Nuten 11 vorhanden.

Aus Fig. 3 ist die Ausbildung eines Außenprofils 6 ersichtlich. Es ist erkenntlich, daß das Außenprofil 6 Kreisringabschnitte 9 aufweist, die auf der Längsachse X zentriert sind und die durch die beiden als Einziehung gestalteten Keile 8 miteinander ver­ bunden sind.

Das Außenprofil 6 wird mit seinen Keilen 8 durch spanlose Um­ formung eines Zylinderrohres hergestellt. Die beiden Flanken 14, 15 der Flankenabschnitte 14a, 15a der Keile 8 schließen einen Winkel A zwischen sich ein. Die parallel zur Längsachse X verlaufenden Keile 8 schneiden mit gedachten Verlängerungen ihrer Flanken 14, 15 eine Mittelebene 21 in der Mittelachse 18, die mittig zwischen den beiden Flanken 14, 15 verläuft und die Längsachse X enthält, mit einem Versatz 19 von der Längsachse X zu dem jeweiligen Keil 8 hin. Der Versatz 19 ist so bemessen, daß sich ein Differenzwinkel C zwischen dem Winkel A und einem Winkel, der sich bei einem radialen Verlauf der Flanken bezüg­ lich der Längsachse X ergeben würde, der etwa den doppelten Betrag des Selbsthemmungswinkels, mindestens jedoch 12° aus­ macht, vorzugsweise 14° bis 30° beträgt. Dabei ist gleiche Öff­ nungsweite von Nut 11 beziehungsweise Keil 8 im Bereich des Überganges zu den Kreisringabschnitten 9, 12 unterstellt. Die Schenkel eines solchen Winkels sind mit 22 und 23 bezeichnet.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Innenprofil 7 sind ebenfalls zwei Kreisringabschnitte 12 vorgesehen, die durch die beiden um 180° zueinander versetzten Einziehungen 20, welche Nuten 11 bilden, miteinander verbunden sind. Die Einziehungen 20 sind durch die Flankenabschnitte 16a, 17a und den Grundabschnitt 13 mit der Grundfläche 13 begrenzt und ebenfalls durch spanlose Verformung eines Zylinderrohres entstanden. Die verlängerten Flanken 16, 17 der Nuten 11 schneiden ebenfalls mit einem Ver­ satz 19a eine Mittelebene 21a, die die Längsachse X enthält, in der Mittelachse 18a. Dabei ist die Mittelebene 21a mittig zwi­ schen den beiden Flanken 16, 17 der Nut 11 des Innenprofiles 7 angeordnet.

Der Versatz 19a ist größer als der Versatz 19, weil zwischen Keil 8 und Nut 11 ein Umfangsspiel vorhanden ist, d. h. der ein­ geschlossene Winkel B zwischen den beiden Flanken 16, 17 des Innenprofiles 7 ist bevorzugt größer ausgebildet als der Flan­ kenwinkel A zwischen den beiden Flanken 14, 15 des aus Fig. 3 ersichtlichen Außenprofiles 6, so daß sich in Drehrichtung um die Längsachse X ein Drehspiel zwischen dem Außenprofil 6 und dem Innenprofil 7 ergibt. Die beiden Profile, nämlich Außenpro­ fil 6 und Innenprofil 7, sind als rohrförmige Körper ausgebildet und aus Stahl hergestellt. Gute Verformungsverhältnisse und günstige Drehmomentübertragungsverhältnisse bei der Herstellung des Außenprofils 6 und des Innenprofils 7 sind gewährleistet, wenn der Winkel A zwischen 25° bis 160°, vorzugsweise 60° bis 100°, und der Winkel B demgegenüber geringfügig größer ist, nämlich um circa 0,5° bis 1° größer als der Winkel A. Die Spiel­ verhältnisse für die ineinander gesteckten Profile 6, 7 sind bevorzugt so auszulegen, daß der maximale Teilungsfehler der Keile 8 und Nuten 11 kleiner ist als das Radialspiel zwischen der Außenfläche 12a der Kreisringabschnitte 12 des Innenprofils 7 und der Innenfläche 9a der Kreisringabschnitte 9 des Außen­ profils 6. Durch die Paarung der Profile 6, 7 wird gewährlei­ stet, daß unter Drehmoment keine Selbsthemmung eintritt. Es erfolgt eine Selbstzentrierung der Profile 6, 7 zueinander unter Drehmoment. Im lastfreien Zustand werden die Profile 6, 7 durch ihre Kreisringabschnitte 9, 12 zueinander zentriert.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkwelle
2 erstes Kreuzgelenk
3 zweites Kreuzgelenk
4 Längenausgleich
5 Unfallschutz
6 Außenprofil
7 Innenprofil
8 Keil
9 Kreisringabschnitt
9a Innenfläche
10 Kopffläche
10a Kopfabschnitte
11 Nut
12 Kreisringabschnitt
12a Außenfläche
13 Grundfläche
13a Grundabschnitt
14, 15 Flanken des Keils
14a, 15a Flankenabschnitt
16, 17 Flanken der Nut
16a, 17a Flankenabschnitt
18, 18a Mittelachse
19 Versatz
20 Einziehung
21, 21a Mittelebene
22, 23 Schenkel
A, B, C Winkel
X Längsachse
Y Ebene

Claims (7)

1. Längenausgleich für Antriebswellen, insbesondere Kreuzge­ lenkwellen im Antriebsstrang von oder zum Antrieb von land­ wirtschaftlichen Geräten, mit mindestens zwei ineinanderge­ steckten, als Rohre gestalteten Profilen (6, 7), nämlich einem Außenprofil (6) und einem Innenprofil (7), die zuein­ ander entlang ihrer Längsachse (X) axial verschiebbar sind und zur Übertragung eines Drehmomentes dienen, wobei die Wandungen des Außenprofils (6) und des Innenprofils (7) im Querschnitt teilweise als Kreisringabschnitte gestaltet sind und jeweils mit mindestens einem sich parallel zur Längsachse (X) erstreckenden, in Form einer nach innen zur Längsachse (X) gerichteten Einziehung eingeformten Vorspr­ ung versehen sind, von dem der des Außenprofils (6) einen Keil (8) und der des Innenprofils (7) eine Nut (11) zum Eingriff des Keiles (8) bildet und die Flanken (14, 15; 16, 17) von Keil (8) und Nut (11) derart geneigt verlaufen, daß ihre gedachten Verlängerungen eine mittig zwischen den Flanken (14, 15; 16, 17) verlaufende und die Längsachse (X) enthaltende Mittelebene 21, 21a) in einer Mittelachse (18, 18a) schneiden, welche von der Längsachse (X) zum jeweili­ gen Vorsprung hin mit einem Versatz (19, 19a) parallelver­ setzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß, im Querschnitt gesehen, die den Keil (8) bildenden Wandabschnitte (14a, 10a, 15a) des Außenprofils (6) aus zwei von den ersten Kreisringabschnitten (9) ausgehenden und die Flanken (14, 15) aufweisenden Flankenabschnitte (14a, 15a) und einen beide verbindenden, als auf der Längs­ achse (X) zentrierten Kreisbogen verlaufenden Kopfabschnitt (10a) und die die Nut (11) bildenden Wandabschnitte (16a, 17a, 13a) des Innenprofils (7) aus zwei von den zweiten Kreisringabschnitten (12) ausgehenden und die Flanken (16, 17) aufweisenden Flankenabschnitte (16a, 17a) und einen beide verbindenden, als auf der Längsachse (X) zentrierter Kreisbogen verlaufenden Grundabschnitt (13a) bestehen, daß der Versatz (19, 19a) so bemessen ist, daß der zwischen den verlängerten Flanken (14, 15) des Außenprofils (6) und denen (16, 17) des Innenprofils (7) jeweils eingeschlossene Winkel (A, B) um einen Differenzwinkel (C) von mindestens 12° größer ist als der Winkel, der sich bei einem radialen Verlauf der verlängerten Flanken (14, 15; 16, 17) bezüglich der Längsachse (X) bei gleicher Öffnungsweite im Bereich des Überganges zu den benachbarten Kreisringabschnitten (9 bzw. 12) einstellt, daß zwischen der Kopffläche (10) des Kopfabschnittes (10a) und der dieser gegenüberliegenden Grundfläche (13) des Grundabschnittes (13a) ein Radialab­ stand vorhanden ist und daß die aus einem zugelassenen maximalen Teilungsfehler der Keile (8) und Nuten (11) der beiden Profile (6, 7) zueinander resultierende Radialver­ stellung der Profile (6, 7) kleiner bemessen ist als der Radialabstand zwischen den Innenflächen (9a) der Kreisring­ abschnitte (9) des Außenprofils (6) und der zugehörigen Außenfläche (12a) der Kreisringabschnitte (12) des Innen­ profils (7).

2. Längenausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwinkel (C) 14° bis 30° beträgt.

3. Längenausgleich nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A, B) zwischen den Flanken (14, 15) des Keils (8) des Außenprofils (6) oder den Flanken (16, 17) der Nut (11) des Innenprofils (7) zwischen 25° und 120°, vorzugsweise zwischen 60° und 100°, beträgt.

4. Längenausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (16, 17) der Nut (11) des Innenprofiles (7) zumindest teilweise im Bereich der radialen Abmessungen der angrenzenden Kreisringabschnitte (12) liegen.

5. Längenausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenprofil (6) und das Innenprofil (7) jeweils mindestens zwei auf ihrem Umfang symmetrisch verteilte Keile (8) bzw. Nuten (11) aufweisen.

6. Längenausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flanken (14, 15; 16, 17) jeder Nut (11) und jedes darin einsitzenden Keiles (8) in Drehrichtung um die Längsachse (X) ein Spiel vorhanden ist.

7. Längenausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (B) zwischen den Flanken (16, 17) der Nut (11) des Innenprofils (7) um einen derartigen Winkel größer bemessen ist als der Winkel (A) zwischen den Flanken (16, 17) des Keils (8) des Außenprofils (6) und daß sich bei Be­ anspruchung der Profile (6, 7) unter Nennmoment eine flä­ chige Anlage zwischen den Flanken (15, 17; 14, 16) ein­ stellt.