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Dokumentenidentifikation DE19731331C2 02.06.1999
Titel Gelenkwelle
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Braun, Jürgen, 71686 Remseck, DE;
Kandert, Dieter, Dipl.-Ing., 75446 Wiernsheim, DE;
Wieland, Dittmar, Dipl.-Ing., 71570 Oppenweiler, DE
DE-Anmeldedatum 22.07.1997
DE-Aktenzeichen 19731331
Offenlegungstag 12.03.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.06.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.06.1999
IPC-Hauptklasse B60K 17/22
IPC-Nebenklasse B60K 17/24   F16C 3/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer Gelenkwelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 99 (1997) Heft 5, Seite 256 bis 263 als bekannt hervorgeht.

Dieser Beitrag befaßt sich mit Leichtbau im Antriebstrang und geht u. a. auch auf Leichtbaumaßnahmen der Gelenkwelle an einem konkreten Ausführungsbeispiel ein. Nach Erörterung verschiedener denkbarer Varianten wird die bestimmte Gelenkwelle vorgestellt. Der Leichtbau ist bei ihr im Wesentlichen durch Einsatz von Aluminium als Leichtbauwerkstoff realisiert. Die bekannte Gelenkwelle weist getriebeseitig ein Scheibengelenk, in der Mitte ein kardanisches Kreuzgelenk und hinten ein axial unnachgiebiges, homokinetisches Gelenk auf, wobei der erforderliche Längenausgleich der Gelenkwelle in das mittlere Kreuzgelenk integriert ist und auch zur Montage des Mittellagers genutzt wird.

Die einzelnen, hier erwähnten Gelenktypen sind - auch in ihrer Anwendung in Gelenkwellen im Antriebstrang von Kraftfahrzeugen - bekannt. So zeigen z. B. das DE-GM 18 21 165 oder die DE 25 34 684 C2 jeweils ein Scheibengelenk mit einer elastischen Mitnahmescheibe. Über die Anordnung des Scheibengelenkes nach der erstgenannten Literaturstelle innerhalb des Antriebstranges ist dort nichts ausgesagt, wogegen die zweitgenannte Druckschrift deutlich zeigt, daß das Scheibengelenk unmittelbar an der Getriebeausgangswelle angeordnet ist.

Homokinetische Wellengelenke sind vor allem für die Seitenwellen im Antrieb von Fahrzeugrädern, insbesondere von einschlagbaren, also vorne angeordneten Fahrzeugrädern entwickelt worden. Die DE 37 10 572 A1 oder die DE 42 30 639 C1 zeigen jeweils ein solches Gleichlauf-Drehgelenk für den Antrieb von Fahrzeugrädern. Aufgrund eines - im Meridianschnitt gesehen - axial geradlinigen Verlaufes der Kugelmitnahmerillen der Gelenkteile können sich diese während der Rotation axial zueinander verschieben, was beispielsweise bei dem Gelenk nach der erstgenannten Druckschrift der Fall ist. In einen solchen Gelenktyp ist gewissermaßen ein axialer Längenausgleich integriert. Die zuletzt genannte Druckschrift zeigt im Meridianschnitt gekrümmte Kugelmitnahmerillen in den Gelenkteilen; dies erfordert eine konstante relative Axialposition der Gelenkteile dieses Gelenktyps während der Rotation.

In der zuletzt genannten DE 42 30 639 C1 ist darüber hinaus die Radnabenlagerung des Fahrzeugrades in unmittelbarer Nachbarschaft des Gleichlauf-Drehgelenkes und dessen Montagemöglichkeit gezeigt. Die Radnabe erstreckt sich mit einem zylindrischen Ansatz durch ein Paar von Wälzlagern hindurch und ist durch diese axial und radial drehbar gelagert. Die Außenringe der Wälzlager sind ihrerseits in dem einschlagbaren Achsschenkel der Fahrzeug-Achskonstruktion aufgenommen. Die so drehbar gelagerte Radnabe ist durch eine axial ausgerichtete Steckverzahnung drehstarr mit dem Außenring des Wellengelenkes verbunden. Ein axiales Lösen der drehstarren Steckverbindung ist mittels eines vom Gelenkboden ausgehenden, zentrisch die Radnabe bis zur Radaußenseite hin durchdringenden, vorgespannten Zugankers in Form einer Schraube verhindert. Dies ist eine speziell für einen Vorderradantrieb ausgerichtete Konstruktion, die dem Fachmann keinerlei Anregungen im Hinblick auf eine gewichts- und kostenoptimierte Ausgestaltung einer mehrteiligen Gelenkwelle für einen fahrzeugmittig und in Längsrichtung verlaufenden Antriebstrang für die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges vermittelt.

Zwar zeigt die DE 37 10 572 A1 ein homokinetisches Wellengelenk mit integriertem axialem Längenausgleich, welcher einen besonders großen Axialhub der Gelenkteile zueinander ermöglichen soll. Es ist der Literaturstelle jedoch kein Hinweis zu entnehmen, ob dieses Wellengelenk in einem fahrzeugmittig und in Längsrichtung verlaufenden Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein soll; noch viel weniger ist zu erfahren, an welcher Stelle eines solchen mehrteiligen Wellenzuges das bekannte Wellengelenk zweckmäßigerweise anzuordnen wäre. Der Gesamtzusammenhang der Druckschrift läßt eher vermuten, daß das bekannte Gleichlauf-Drehgelenk in einer Seitenwelle eines Kraftfahrzeugantriebes vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundegelegte Gelenkwelle dahingehend zu verbessern, daß sie besonders leicht ist und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von der gattungsgemäß zugrundegelegten Gelenkwelle - erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird unabhängig von einer Werkstoff-Auswahl für die einzelnen Gelenkwellenbauteile der Leichtbau vor allem durch eine geschickte konstruktive Kombination von Gelenken erreicht. Bei einer gestreckten Einbaulage, d. h. bei nur geringen Beugewinkeln kann das mittlere Wellengelenk als leichtbauendes Scheibengelenk ausgebildet sein. Durch Verwendung eines homokinetischen Gelenkes mit integrierten Längenausgleich an der hinteren Gelenkstelle kann auf einen gesonderten Längenausgleich innerhalb des Antriebstranges verzichtet werden. Die Möglichkeit zur Montage des Mittellagers wird durch eine schließbare, axiale Wellenteilung in der Hohlwelle in der Nähe der Drehlagerung erreicht. Zu diesem Zweck ist in die einander zugekehrten Stirnseiten der axial geteilten Rohrwandung der Hohlwelle jeweils eine gegenseitig zentrierend und drehstarr ineinander eingreifende Verzahnung mit radial verlaufenden Zähnen angearbeitet. Diese formschlüssige Verbindung ist durch eine im Inneren der Hohlwelle angeordnete Verschraubung axial verspannt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Leichtbau-Gelenkwelle für Kraftfahrzeuge nach der Erfindung und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der axialen Teilung der Hohlwelle und die Verbindung der beiden Hohlwellenteile im Bereich der Drehlagerung.

Die Figuren zeigen eine zweiteilige Gelenkwelle 1 zur Kraftübertragung vom Getriebe zur Hinterachse eines Kraftfahrzeuges. Vom Kfz-Getriebe geht nach einem getriebeseitigen Wellengelenk 8 ein erster, als Hohlvelle ausgebildeter Wellenabschnitt 2 aus. Im Bereich von dessen getriebeabgewandten Ende ist eine Drehlagerung 4 des ersten Wellenabschnittes sowie jenseits der Drehlagerung aber in deren Nähe ein mittleres Wellengelenk 9 vorgesehen. An das mittlere Wellengelenk schließt der zweite Wellenabschnitt 3 an, der ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist. Am Ende des zweiten Wellenabschnitts ist das hintere Wellengelenk 10 zum Anschluß an die Eingangswelle des Ausgleichsgetriebes der angetriebenen Hinterachse des Kraftfahrzeuges angeordnet. In der Nähe der Drehlagerung 4 ist der erste Wellenabschnitt 2 axial geteilt, um das als geschlossenes ringförmiges Wälzlager ausgebildete Lagerelement der Drehlagerung montieren zu können. Die Drehlagerung 4 im Bereich der Wellenmitte besteht im Wesentlichen aus einem als geschlossenes Bauteil ausgebildeten Wälzlager 5, welches über eine elastische Zwischenlage 7 in einem Lagerstuhl 6 eingebettet ist, der seinerseits am Fahrzeugboden verschraubt ist. Die elastische Zwischenlage soll zum einen Vibrationen der rotierenden Gelenkwelle vom Fahrzeugaufbau fernhalten, also wellenseitige Anregungen im Hörbereich akustisch abkoppeln und außerdem einen Axialhub der Welle gegenüber dem Fahrzeugaufbau zulassen.

Um die Gelenkwelle besonders leicht zu gestalten und sie kostengünstig herstellen zu können, ist erfindungsgemäß das mittlere Wellengelenk 9 als sog. Scheibengelenk mit einer flexiblen, in einer senkrecht zur Rotationsachse angeordneten Ringscheibe 12 ausgebildet, an deren Umfang Dreifingerflansche 13 der angrenzenden Wellenabschnitte befestigt sind. Die Finger der gegenüberliegenden Dreifingerflansche 13 sind dies- und jenseits gegenseitig auf Lücke angeordnet. Ein solches Scheibengelenk ist wesentlich leichter als ein bisher hier übliches Kardangelenk. Die Gelenkwelle ist im Fahrzeug so eingebaut, daß alle Wellengelenke der Gelenkwelle zumindest angenähert zueinander fluchten, d. h. höchstens um etwa ±1° abgewinkelt sind. Bei einer solchen Einbaulage treten an den Wellengelenken betriebsbedingt nur kleine Beugewinkel auf, die auch von einem Scheibengelenk ohne weiteres verkraftet werden können.

Unter Verzicht auf einen gesonderten Längenausgleich innerhalb eines der Wellenabschnitte ist das hintere Wellengelenk 10 als homokinetisches Wellengelenk in einer solchen Ausführung ausgebildet, welches innerhalb des Gelenkes selber einen axialen Längenausgleich ermöglicht. Das hintere Wellengelenk 10 besteht aus einem äußeren Gelenkring 23 mit innen eingearbeiteten Kugelbahnen 27, aus einer Gelenknabe 24 ebenfalls mit Kugelbahnen, aus in beide eingreifende Mitnahmekugeln 25 sowie aus einem die Kugeln führenden Käfig 26. Der Gelenkring 23 ist wegen des axialen Längenausgleiches relativ lang, d. h. er weist ein Länge/Durchmesser-Verhältnis von mehr als eins auf. Die Gelenknabe 24 ist an dem hinterachsseitigen Gelenkflansch dementsprechend über einen langen Hals 28 gehaltert. Die dargestellte Art von homokinetischen Wellengelenken mit gelenk-integriertem axialen Längenausgleich ist an sich bekannt. Es wird hier in sinnreicher Kombination und unter Ausgestaltung mit einem besonders großen Längenausgleich eingesetzt.

Bei bisher üblichen, axial unnachgibigen Kardangelenken mußte immer noch ein aufwendiges und schweres Schiebestück in einem der Wellenabschnitte vorgesehen werden. Dieses Schiebestück erlaubte die Montage der Drehlagerung der Gelenkwelle und wurde deshalb als unerläßlich angesehen. Zur Montierbarkeit des Lagers ist bei der erfindungsgemäßen Gelenkwelle der erste Wellenabschnitt 2 im Bereich der Rohrwandung der Hohlwelle im der Nähe der Drehlagerung 4 axial geteilt. Diese Teilung kann nach Montage des Lager auf unterschiedliche Weise wieder geschlossen werden. Im vereinfachten Fall einer nicht reparierbaren Wegwerflösung können die einander zugekehrten Stirnseiten der axial geteilten Rohrwandung der Hohlwelle durch eine erst nach Montage der Drehlagerung angebrachte Schweißverbindung, insbesondere durch eine Reibschweißverbindung miteinander verbunden werden. Dieser Fall ist jedoch zeichnerisch nicht dargestelt.

Bei einer lösbaren und somit reparierbaren Verbindung 14 der Wellenteile des ersten Wellenabschnittes, die im dargestellten Ausführungsbeispiel realisiert ist, ist in die einander zugekehrten Stirnseiten der axial geteilten Rohrwandung der Hohlwelle jeweils eine gegenseitig zentrierend und drehstarr ineinander eingreifende Verzahnung 15 nach dem Vorbild einer sog. Hirth-Verzahnung mit radial verlaufenden Zähnen angearbeitet. Diese Verzahnung ist durch eine im Inneren der Hohlwelle angeordnete Verschraubung axial verspannt. Die axiale Verschraubung und Verspannung der Verzahnung ist im Beispiel durch eine zentrisch liegende, rohrförmige Hohlschraube 16 bewirkt. In das Innere des vom mittleren Wellengelenk weiter entfernt liegenden Teiles des ersten Wellenabschnittes 2 ist ein Mutterngewinde 17 eingearbeitet, in das der hohle mit einem entsprechenden Bolzengewinde versehene "Schaft" der rohrförmigen Hohlschraube eingreift.

Die Wandung des hohlen "Schaftes" der rohrförmigen Hohlschraube geht bei annähernd gleicher Wandstärke verrundet in den hohlen "Kopf" 19 der Hohlschraube über und bildet eine geneigte Schulter 20. Im Inneren des zugehörigen, flanschseitigen Teiles des ersten Wellenabschnittes ist eine entsprechend geneigte Gegenschulter 21 angeordnet. Aufgrund dieser Ausgestaltung mit konischen Anlageflächen und hohlen Bauteilen ist eine hohe Bauteilelastizität geschaffen, die im Hinblick auf die axiale Verspannung der Verzahnung 15 als Elastizitätsreserve und als Vorspannkraftreserve genutzt wird. Der axial zum mittleren Wellengelenk hin weisende freie Rand des rohrförmigen "Kopfes" 19 der Hohlschraube 16 stirnseitig mit regelmäßig verteilt angeordneten Einkerbungen 22 als Formschlußflächen zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels beim Anziehen oder Lösen der Berschraubung versehen. Dadurch kann die Hohlschraube 16 mittels eines stangenartig langen, durch den zweiten Wellenabschnitt axial hindurchragenden Steckschlüssels angezogen bzw. bedarfsweise auch wieder gelöst werden. Voraussetzung dafür ist, daß das hintere Gelenk 10 zuvor demontiert, d. h. der Gelenkring 23 offen ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Zweiteilige Gelenkwelle zur Kraftübertragung vom Getriebe zur Hinterachse eines Kraftfahrzeuges,
    1. 1. mit einem vom Kfz-Getriebe ausgehenden, als Hohlwelle ausgebildeten, ersten Wellenabschnitt,
    2. 2. mit einer Drehlagerung des ersten Wellenabschnittes im Bereich von dessen getriebeabgewandten Ende,
    3. 3. mit einem - mittleren - Wellengelenk jenseits der Drehlagerung aber in deren Nähe,
    4. 4. mit einem an das mittlere Wellengelenk anschließenden, ebenfalls als Hohlwelle ausgebildeten, zweiten Wellenabschnitt,
    5. 5. mit einem am Ende des zweiten Wellenabschnitts angeordneten, hinteren Wellengelenk zum Anschluß an die Eingangswelle des Ausgleichsgetriebes der angetriebenen Hinterachse des Kraftfahrzeuges,
    6. 6. mit einem Längenausgleich in der Gelenkwelle zum Ausgleich von einfederungsbedingten Abstandsänderungen des hinteren Wellengelenkes von der Drehlagerung und/oder vom mittleren Wellengelenk und
    7. 7. mit einer axialen Teilung des ersten Wellenabschnittes in der Nähe der Drehlagerung zur Ermöglichung einer Montage des als geschlossenes ringförmiges Wälzlager ausgebildeten Lagerelementes,
    gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit mit folgenden Merkmalen:
    1. 1. das mittlere Wellengelenk (9) ist als sog. Scheibengelenk mit einer flexiblen, in einer senkrecht zur Rotationsachse angeordneten Ringscheibe (12) ausgebildet, an deren Umfang dies und jenseits - gegenseitig auf Lücke - Dreifingerflansche (13) der angrenzenden Wellenabschnitte (2, 3) befestigt sind,
    2. 2. unter Verzicht auf einen gesonderten Längenausgleich innerhalb eines der Wellenabschnitte (3) ist das hintere Wellengelenk (10) als homokinetisches Wellengelenk in einer solchen Ausführung ausgebildet, welches innerhalb des Gelenkes (10) selber einen axialen Längenausgleich ermöglicht,
    3. 3. die axiale Teilung (11) des ersten Wellenabschnittes (2) ist in den Bereich der Rohrwandung der Hohlwelle in der Nähe der Drehlagerung (4) gelegt, wobei diese Teilung der Rohrwandung durch eine radial höchsten nach innen auftragende Verschraubungskonstruktion (14) verschließbar ist,
    4. 4. wobei in die einander zugekehrten Stirnseiten der axial geteilten Rohrwandung der Hohlwelle (2) jeweils eine gegenseitig zentrierend und drehstarr ineinander eingreifende Verzahnung (15) mit radial verlaufenden Zähnen angearbeitet ist, welche Verzahnung (15) durch eine im Inneren der Hohlwelle (2) angeordnete Verschraubung (16) axial verspannt ist.
  2. 2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verspannung der Verzahnung (15) durch eine zentrisch liegende, rohrförmige Hohlschraube (16) bewirkt ist, wobei in das Innere des vom mittleren Wellengelenk (9) weiter entfernt liegenden Teiles des ersten Wellenabschnittes ein Mutterngewinde (17) eingearbeitet ist.
  3. 3. Gelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des hohlen "Schaftes" der rohrförmigen Hohlschraube (16) bei annähernd gleicher Wandstärke verrundet in den hohlen "Kopf" (19) der Hohlschraube (16) unter Bildung einer geneigten Schulter (20) übergeht, wobei im Inneren des zugehörigen, flanschseitigen Teiles des ersten Wellenabschnittes (2) eine entsprechend geneigte Schulter (21) angeordnet ist.
  4. 4. Gelenkwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der axial zum mittleren Wellengelenk (9) hin weisende freie Rand des rohrförmigen "Kopfes" der Hohlschraube (16) stirnseitig mit regelmäßig verteilt angeordneten Einkerbungen (22) als Formschlußflächen zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels beim Anziehen oder Lösen der Verschraubung versehen ist.
  5. 5. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkwelle (1) im Fahrzeug so eingebaut ist, daß zumindest das getriebeseitige (8) und das mittlere Wellengelenk (9) der Gelenkwelle (1) wenigstens angenähert zueinander fluchten, d. h. höchstens um etwa ±1° abgewinkelt sind.






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