-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Kugelverschiebeeinheit mit einer Außenwelle, die an ihrer Innenseite
Kugel-Laufrillen aufweist, einer Innenwelle, die sich in die Außenwelle
hineinerstreckt und an ihrer Außenseite
Kugel-Laufrillen aufweist, welche den Laufrillen der Außenwelle
gegenüberliegen,
wobei jeweils eine Laufrille an der Außenwelle und an der Innenwelle
ein Laufrillenpaar bilden, mit Kugeln, die in den Laufrillenpaaren
aufgenommen sind, und mit einem Käfig zwischen der Außenwelle
und der Innenwelle, der Fenster zur Aufnahme der Kugeln aufweist.
-
Derartige Kugelverschiebeeinheiten
sind aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Gelenkwellen
allgemein bekannt. Sie werden vor allem im Fahrzeugbau, jedoch auch
in anderen technischen Gebieten überall
dort eingesetzt, wo eine Drehantriebsleistung mit einem Axialausgleich
zu übertragen
ist. Bei Gelenkwellen ist ein solcher wegen des zu kompensierenden
Winkelversatzes erforderlich.
-
Gelenkwellen mit Gleichlaufgelenken
werden beispielsweise in Radantrieben von Kraftfahrzeugen verwendet,
wobei radseitig ein Festgelenk und getriebeseitig entweder ein Verschiebegelenk oder
ebenfalls ein Festgelenk vorgesehen ist. Im letztgenannten Fall übernimmt
dann eine Verschiebeeinheit den Längenausgleich der Welle. Gelenkwellen
mit Kardangelenken kommen unter anderem im Hauptantriebstrang von
Fahrzeugen mit Hinterrad- oder Allradantrieb zwischen einem vornliegenden
Verteilergetriebe und einem hinteren Differentialgetriebe zum Einsatz.
Auch hier kann eine Verschiebeeinheit den Axialausgleich übernehmen.
-
In der Regel ist an der Verschiebeeinheit eine
Käfigsicherung
vorgesehen, um ein axiales Wandern des Käfigs und der Kugeln zwischen
der Außenwelle
und der Innenwelle zu begrenzen oder ganz zu verhindern. Vor allem
bei maximal ausgezogener Innenwelle könnten Kugeln ansonsten außer Eingriff
mit den Laufrillen gelangen und so eine Funktionsstörung verursachen.
Um dies zu verhindern, kann beispielsweise an der Einschubseite
der Außenwelle
ein Sicherungsring als Verliersicherung vorgesehen werden, der in
einer Nut an der Innenwand der Außenwelle festgelegt wird.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein solcher Sicherungsring
vielfältige
Nachteile aufweist. Insbesondere ist für diesen eine aufwendige Innenbearbeitung
der Außenwelle
erforderlich. Auch die Montage begegnet Handhabungsschwierigkeiten.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Kugelverschiebeeinheit
der eingangs genannten Art eine fertigungs- und montagetechnisch
günstige
Alternative für
die Verliersicherung der Käfig/Kugeleinheit
zu schaffen.
-
Dazu wird vorgeschlagen, bei einer
Kugelverschiebeeinheit an der Einschubseite der Außenwelle
eine Kappe vorzusehen, die von außen an der Außenwelle
befestigt ist und eine Durchgangsöffnung für die Innenwelle aufweist,
wobei die Durchgangsöffnung
einen Axialanschlag für
den Käfig und/oder
die Kugeln ausbildet.
-
Diese überraschend einfache Lösung zeichnet
sich gegenüber
dem Stand der Technik durch vielfältige Vorteile aus. Vordergründig zu
nennen ist vor allem eine Verringerung des Fertigungsaufwands und
der Fertigungskosten. Durch die Außenbefestigung der Kappe entfällt ein
aufwendiges Innendrehen an der Außenwelle. Stattdessen kann,
sofern nötig,
die Bearbeitung einfacher an der Außenseite erfolgen. Dies ermöglicht zudem
längere
Werkzeugstandzeiten, da die Außenkontur
der Außenwelle
in einem ununterbrochenen Schnitt gearbeitet werden kann. Zudem
entfällt
das aufwendige Innenentgraten.
-
Darüber hinaus ergibt sich eine
deutliche Vereinfachung bei der Montage, da eine Befestigung an
der Außenseite
gewöhnlich
einfacher durchgeführt
werden kann, als an der Innenseite eines engen Rohres.
-
Zudem kann die Kappe eine Dichtungsfunktion
zum Beispiel zur Fettabschottung übernehmen. Durch die Zentrifugalwirkung
lagert sich das Fett im Betrieb an der Innenwand der Außenwelle
an und wird durch die Kappe am Verlassen der Verschiebeeinheit gehindert.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist hierzu die Durchgangsöffnung
größer als
der Außendurchmesser
des Käfiggrundkörpers, so
daß die
Durchgangsöffnung
den Außendurchmesser
des Käfiggrundkörpers umgreifen
kann.
-
Optional kann dabei in einer Extremstellung des
Käfigs
zwischen der Durchgangsöffnung
und dem Außendurchmesser
des Käfiggrundkörpers ein Ringspalt
gebildet werden, um eine engere Dichtung zu schaffen.
-
Die Axialsicherung kann unmittelbar über den
Käfig oder
aber auch über
die aus diesem hinausragenden Kugeln erfolgen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung weist der Käfig
an seinem der Einschubseite zugewandten Endabschnitt eine radiale
Erhebung auf, die sich weiter als ein Innenkantenabschnitt der Durchgangsöffnung radial nach
außen
erstreckt, und zwar derart, daß in
einer Extremstellung des Käfigs
die radiale Erhebung axial gegen den Innenkantenabschnitt anschlägt. Alternativ
oder ergänzend
können
auch die Kugeln sich radial weiter als ein Innenkantenabschnitt
der Durchgangsöffnung
nach außen
erstrecken, so daß in
einer Extremstellung des Käfigs
mindestens eine der Kugeln, die der Einschuböffnung am nächsten liegen, axial gegen
den Innenkantenabschnitt anschlägt.
Dabei muß die
Durchgangsöffnung
nicht notwendigennreise rund sein, sondern kann auch eine andere
Profilform aufweisen, solange ein Abschnitt der Innenkante als Anschlag
zur Verfügung
steht.
-
Die Befestigung der Kappe erfolgt über einen Befestigungsring
an der Außenseite
der Außenwelle. Hierbei
sind unterschiedliche Lösungen
möglich.
Auf jeden Fall wird sichergestellt, daß die Kappe die Aufgabe der
Verliersicherung und Axialbegrenzung für die Käfig/Kugel-Einheit übernimmt.
Dabei werden Kräfte
in der Größenordnung
von etwa 200N bis zu maximal 500N gehalten.
-
Es ist nicht zwingend nötig, daß die Kappe auch
die Funktion einer Auszugsbegrenzung zwischen der Innenwelle und
der Außenwelle übernimmt,
so daß die
Kappe leichtgewichtig ausgebildet werden kann. Bei einer ausreichenden
Verstärkung der
Kappe und deren Befestigung ist eine Auszugsbegrenzung über die
Kappe jedoch ebenfalls möglich.
-
Im Hinblick auf die Befestigung ist
es weiterhin zweckmäßig, wenn
die Kappe aus Kunststoff besteht. Als weiterer Vorteil ergibt sich
eine zumindest geringfügige
Gewichtsreduktion der Verschiebeeinheit.
-
Weiterhin kann die Kappe zum besseren
Sitz an der Außenwelle
an ihrem Befestigungsring einen Vorsprung aufweisen, der in eine
an der Außenwelle vorgesehene
Rille greift. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Herstellung einer
solchen Rille erheblich einfacher, als eine umlaufende Nut an der
Innenseite. Denkbar ist vor allem auch eine einfache Schnappverbindung,
bei der nach dem Einschnappen die Drehbarkeit der Kappe gegenüber der
Außenwelle erhalten
bleibt.
-
Alternativ oder ergänzend kann
gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Endung die Kappe mit ihrem Befestigungsring auf
die Außenwelle
aufgeschrumpft werden, wodurch sich bei Bedarf ein besonders fester
Sitz gewährleisten
läßt.
-
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften
Ausgestaltung der Endung kann die Kugelverschiebeeinheit mit einem
Gleichlaufgelenk kombiniert werden. In diesem Fall schließt die Innenwelle
oder die Außenwelle
an ein Gleichlaufgelenk, vorzugsweise ein Gleichlauffestgelenk an.
-
Vorzugsweise ist dabei die Innenwelle
einstückig
mit einem mit Kugelrillen versehenen Innenteil des Gleichlaufgelenks
ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, beide Teile separat
auszubilden und dementsprechend zwischen der Innenwelle und dem mit
Kugelrillen versehenen Innenteil des Gleichlaufgelenks eine in Umfangsrichtung
formschlüssige
Verbindung vorzusehen. Weiterhin ist es möglich, beide Teile miteinander
zu verschweißen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
-
1 eine
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
für eine
Kugelverschiebeeinheit nach der Erfindung im Zusammenbau mit einem
Gleichlauffestgelenk, und in
-
2 eine
Detailansicht X der Kappe der Kugelverschiebeeinheit in 1.
-
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine erfindungsgemäße Kugelverschiebeeinheit 1 und
ein beispielhaft mit dieser verbundenes Gleichlauffestgelenk 20,
die beide Bestandteil einer Gelenkwelle sind. Das Verschiebeteil 1 schließt an das
Gleichlauffestgelenk 20 an und verbindet dieses, gegebenenfalls über ein
weiteres Zwischenstück,
mit einem weiteren, hier nicht dargestellten Gleichlauffestgelenk.
Die Gelenkwelle dient beispielsweise als Seitenwelle in einem Krafffahrzeug,
um eine Antriebsleistung von einem Getriebe zu einem Fahrzeugvorderrad
zu übertragen.
Das Gleichlauffestgelenk 20 befindet sich dabei an der
Getriebeseite und ermöglicht
Beugungswinkel von bis zu 20 Grad bezogen auf eine nicht-gebeugte
Stellung. Das an der Radseite angeordnete Gleichlauffestgelenk erlaubt
hingegen Beugungswinkel bis zu 50 Grad. Es ist in herkömmlicher Art
und Weise z. B. als Gleichlauftestgelenk ausgebildet.
-
Das in 1 dargestellte
Gleichlauffestgelenk 20 umfaßt ein ringförmiges Außenteil
als Gelenkkörper,
das an seiner Innenseite mehrere Laufrillen aufweist. In dem Außenteil
ist ein Innenteil als Nabe angeordnet, das an seiner Außenseite
eine gleiche Anzahl von Laufrillen aufweist. Die Laufrillen des
Innenteils liegen den Laufrillen des Außenteils gegenüber, wobei
jeweils eine Laufrille des Außenteils
und eine Laufrille des Innenteils ein Laufrillenpaar bilden. Dabei
können
die Laufrillen des Innenteils und die Laufrillen des Außenteils
in ähnlicher Weise
geschränkt
sein, wobei sich jeweils zwei kommunizierende Laufrillen und im
doppelten Schränkungswinkel
kreuzen. In jedem Laufrillenpaar ist ein Wälzkörper in Form einer Kugel angeordnet.
Die Form der Laufrillen und die gegebenenfalls vorhandene Schränkung können so
gewählt
sein, daß das Gelenk 20 bei
einer Rotation unter Beugung um ein stationäres Beugezentrum schwenkt.
Die Kugeln werden von einem Käfig
gehalten, der hierzu in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Fenster
aufweist. Die Kopplung mit der Kugelverschiebeeinheit 1 erfolgt
hier über
das Innenteil. Möglich
ist jedoch auch eine Anbindung über
das Außenteil.
-
Die Kugelverschiebeeinheit 1 umfaßt eine Außenwelle 2 sowie
eine axial dazu verschiebbare Innenwelle 3, die sich die
Außenwelle 2 hineinerstreckt.
Für eine
besonders leichtgängige
Verschiebbarkeit ist zwischen der Außenwelle 2 und der
Innenwelle 3 eine Wälzkörperführung, hier
beispielhaft eine Kugelführung
vorgesehen. Dazu sind an der Innenseite der Außenwelle 2 achsparallel
verlaufende Kugel-Laufrillen 4 ausgebildet, die jeweils
eine Vielzahl von Wälzkörpern, hier
die Kugeln 6 aufnehmen. Entsprechende Kugel-Laufrillen 5 befinden
sich ebenfalls an der Außenseite
der Innenwelle 3, so daß über die Kugeln 6 eine Drehmomentütiertragung
gewährleistet
wird. Die Kugeln 6 sind in einem Käfig 7 gehalten, der
zwischen der Außenwelle 2 und
der Innenwelle 3 angeordnet ist und Fenster 8 zur
Aufnahme der Kugeln 6 aufweist. Anstelle von Kugeln 6 können beispielsweise
auch kegelförmige
Wälzköper und
dergleichen eingesetzt werden.
-
An der Einschubseite der Außenwelle 2 befindet
sich eine Kappe 9. Diese ist mit einem die Außenwelle 2 außen umgebenden
Befestigungsring 10 an der Außenwelle 2 befestigt.
Ein Deckelabschnitt 11 der Kappe 9 erstreckt sich über die
Stirnseite der Außenwelle 2 radial
nach innen. Die Befestigung der Kappe 9 kann im Prinzip
in beliebiger Weise von außen
an der Außenwelle 2,
beispielsweise durch Aufschrumpfen des Befestigungsrings 10 erfolgen.
-
Bevorzugt wird jedoch die in 2 im Detail dargestellte
reine Schnappverbindung vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der Befestigungsring 10 an seinem
hinteren Ende einen vorzugsweise umlaufenden Vorsprung 18 auf,
der in eine Rille 19 an der Außenwelle 2 einschnappt.
Da die Kappe 9 bei dem Ausführungsbeispiel primär die Aufgabe
der Verliersicherung und Axialsicherung für die Käfig/Kugel-Einheit übernimmt,
d. h. Axialkräfte
von maximal 500N aufnehmen muß,
kann diese besonders leichtgewichtig ausgebildet werden. Sie besteht
hier vorzugsweise aus Kunststoff.
-
Wie 2 zeigt,
kann das Stirnende der Außenwelle 2 so
abgesetzt sein, daß die
Kappe 9 im aufgesetzten Zustand radial nicht über die axial verlängerte Außenkontur
der Außenwelle 2 vorsteht.
-
Die Schnappverbindung kann überdies
so ausgeführt
werden, daß sich
die Kappe 9 im montierten Zustand noch drehen läßt. Bei der Montage überwindet
diese mit ihrem Vorsprung 18 elastisch einen der Rille 19 axial
vorgelagerten Vorsprung 17 und schnappt dann ein, so daß sich ein
klemmkraftfreier Sitz ergibt.
-
Der Deckelabschnitt 11 der
Kappe 9 weist eine Durchgangsöffnung 13 für die Innenwelle 3 auf, die
als Axialanschlag für
die Kugeln 6 und/oder den Käfig 7 sowie zur Fettabschottung
dient. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Durchgangsöffnung 13 eine
Kreisöffnung,
deren Innendurchmesser größer als
der Außendurchmesser
des Käfiggrundkörpers 14 ist,
so daß die
Durchgangsöffnung 13 einen
Endabschnitt 15 des Käfiggrundkörpers 14 umgreifen
kann. In der dargestellten Extremstellung des Käfigs 7 ist zwischen
der Durchgangsöffnung 13 und
dem Endabschnitt 15 ein Ringspalt 16 vorgesehen,
so daß die
Bewegung des Käfigs 7 nicht
behindert wird.
-
Die Axialsicherung erfolgt in 1 unmittelbar über die
Kugeln 6, indem sich diese radial weiter als ein Innenkantenabschnitt
der Durchgangsöffnung 13 nach
außen
erstrecken, so daß in
einer Extremstellung des Käfigs 7 mindestens
eine der der Einschuböffnung
am nächsten
liegenden Kugeln 6 axial gegen den Innenkantenabschnitt
anschlägt.
Es ist nicht notwendig, die Durchgangsöffnung 13 kreisförmig auszugestalten.
Vielmehr genügt
es für
die Funktion der Verliersicherung und Axialsicherung des Käfigs bereits,
wenn lediglich ein Innenkantenabschnitt der Durchgangsöffnung radial
ausreichend weit nach innen ragt, so daß in der einer Extremstellung
des Käfigs 7 wenigstens
eine Kugel axial gegen den Innenkantenabschnitt anschlägt.
-
In einer Abwandlung des gezeigten
Ausführungsbeispiels
kann auch der Käfig 7 unmittelbar
zur Axialsicherung herangezogen werden. Dieser weist dazu an seinem
der Einschubseite zugewandten Endabschnitt 15 eine radiale
Erhebung auf, die sich weiter als ein Innenkantenabschnitt der Durchgangsöffnung 13 radial
nach außen
erstreckt, so daß in
der einer Extremstellung des Käfigs 7 die
radiale Erhebung axial gegen den Innenkantenabschnitt anschlägt.
-
Durch eine entsprechende Anordnung
von Erhebungen und Innenkantenabschnitten ist es überdies
möglich,
den Käfig 7 in
seinen beiden Axialbewegungsrichtungen in bezug auf die Außenwelle 2 festzulegen.
Durch einen Winkelversatz der Erhebungen und der Innenkantenabschnitte
kann die Kappe 9 auf den Käfig 7 aufgesteckt
und durch eine Relativdrehung anschließend die Sicherung bewirkt werden.
Die Erhebung, die lediglich ein Bogensegment am Außenumfang
des Käfiggrundkörpers überbrückt, kann
jedoch auch als umlaufender Ringvorsprung ausgebildet sein.
-
Weiterhin kann die Anschlagsbegrenzung über die
Stirnseite des Käfigs
erfolgen.
-
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine einstückige Ausbildung
der Innenwelle 2 mit dem Innenteil des Gleichlaufgelenks 20 in
Form einer Hohlwelle. In einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels
ist es jedoch auch möglich,
beide Teile separat auszubilden und miteinander zu verbinden. Dazu kann
beispielsweise zwischen dem Innenteil und der Innenwelle 2 eine
lösbare
formschlüssige
Verbindung vorgesehen werden. Möglich
ist insbesondere eine Verzahnungsverbindung, die gegebenenfalls
jedoch dauerhaft durch einen Schweißpunkt, durch Verstemmen oder
dergleichen gegen ein Lösen
gesichert werden kann. Möglich
ist weiterhin eine Schweißverbindung,
die gegenüber
einer formschlüssigen
Verbindung den Vorteil eines geringeren Fertigungsaufwands aufweist.
-
Jedoch ist die Verwendung der Kugelverschiebeeinheit 1 nicht
auf den Einsatz in einer Gelenkwelle mit dem hier beispielhaft dargestellten Gleichlaufgelenk 20 oder
auf die Verwendung zusammen mit einem Gleichlaufgelenk 20 beschränkt. Sie
kann vielmehr unabhängig
von solchen Gelenken überall
dort eingesetzt werden, wo für
eine Übertragung
eines Drehmoments ein Axialausgleich benötigt wird.
-
Die vorstehend erläuterte Kugelverschiebeeinheit 1 zeichnet
sich durch eine einfache Verliersicherung und Axialsicherung aus,
die sich günstig
fertigen und montieren läßt.
-
Neben einer Gewichtsverminderung
kann über
die Verlier- und Axialsicherung zusätzlich eine verbesserte Dichtwirkung
erzielt werden.
-
Die Erfindung ist jedoch nicht auf
das erläuterte
Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfaßt
vielmehr alle in den Patentansprüchen
angegebenen Kugelverschiebeeinheiten.
-
- 1
- Kugelverschiebeeinheit
- 2
- Außenwelle
- 3
- Innenwelle
- 4
- Kugel-Laufrille
der Außenwelle
- 5
- Kugel-Laufrille
der Innenwelle
- 6
- Kugel
- 7
- Käfig
- 8
- Fenster
- 9
- Kappe
- 10
- Befestigungsring
der Kappe
- 11
- Deckelabschnitt
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Käfiggrundkörper
- 15
- Endabschnitt
des Käfiggrundkörpers
- 16
- Ringspalt
- 17
- Vorsprung
der Außenwelle
- 18
- Vorsprung
- 19
- Rille
- 20
- Gleichlaufgelenk