DE2540371C3

DE2540371C3 - Teleskopwelle

Info

Publication number: DE2540371C3
Application number: DE19752540371
Authority: DE
Inventors: Walter 7406 Moessingen Schuller
Original assignee: Eberhard Hoeckle 7000 Stuttgart GmbH
Current assignee: Eberhard Hoeckle 7000 Stuttgart GmbH
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1975-09-10
Publication date: 1979-01-11
Also published as: DE2540371A1; DE2540371B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Teleskopwelie mit axial ineinander verschiebbaren Wellenteilen, die innen bzw. außen über den Umfang verteilt einander gegenüberliegende achsparallele Nuten aufweisen, die mit Kugeln von in geschlossener Umlaufbahn geführter Kugelreihen zum unverdrehbaren Kuppeln der Wellenteile gefüllt sind, wobei die Kugelbahnen im Bereich des inneren gegenüber der übrigen Welle verdickten Wellenteilen Umlenkbögen und achsparallele Rückführabschnitte aufweisen, in denen unbelastete Kugeln jeder Reihe von den belasteten Nuten wieder in diese zurückgeführt werden.

Teleskopwellen dieser Art sind bekannt (DE-OS 22 OS 170). Die bekannten Bauarten weisen den Nachteil auf, daß der Rücklauf der Kugeln radial nach innen erfolgt und daß aus diesem Grund die Welle stirnseitig angebohrt werden und durch einen Zapfen verschlossen werden muß, der die Rückführungsbahn für die Kugeln aufweist. Durch diese stirnseitige Anbohrung der Welle wird diese in dem Bezieh, in dem die Kraftübertragung in Umfangsrichtung stattfindet, sehr geschwächt. Dazu kommt, daß mindestens an einer Stelle noch radiale Bohrungen zur Durchführung der Kugeln von außen nach innen vorgesehen sein müssen, die den Herstellungsaufwand ebenfalls erhöhen und eine weitere Schwächung ergeben. Schließlich sind diese Bauarten auch sehr schwierig zu montieren, weil die Kugeln erst beim Zusammenbau eingesetzt werden können. Werden die beiden Wellenteile auseinandergenommen, was beispielsweise zu Reparaturzwecken notwendig sein kann, so müssen anschließend die Kugeln erneut einzeln eingesetzt werden.

Es ist zwar auch schon bekanntgeworden (DE-OS 21 16 638), die Kugeln in dem parallelen Teil etwa im gleichen Abstand zum Zentrum laufen zu lassen. Diese Ausführungen weisen aber den entscheidenden Nachteil auf, daß als Inntenteil ein prismatischer Wellenteil vorgesehen sein muß, auf dessen ebenen Außenflächen diese Kugelreihen umlaufen. Der Nachteil dieser Bauarten liegt vor allem darin, daß beide Kugelreihen auf der gleichen Räche laufen und daß bei einer Axialverschiebung beide Kugelreihen tragen, so daß die Anordnung kinematisch nicht exakt arbeitet. Es kann dabei insbesondere bei Biegebelastungen zu Funktionsstrrungen kommen. Nachteilig ist diese Bauart aber auch deshalb, weil es sehr schwierig ist, den inneren prismatischen Teil gegenüber dem äußeren abzudichten. Hierfür eignen sich runde Wellenteile besser. Schließlich muß bei dieser Bauart an den Umlenkstellen auch ein relativ aufwendig gestalteter Umlenkkäfig vorgesehen sein, so daß der Bauaufwand gegenüber den vorher erwähnten Ausführungen sehr groß ist. Da die auf den Prismenflächen laufenden Kugeln außerdem nur Linienberührung aufweisen, ist die Größe der zu übertragenden Kräfte ebenfalls im Verhältnis zu anderen Teleskopwellenausführungen zu klein.

Es ist bei Axiaiwälzlagern (DE-OS 16 75 057) zwar bekannt, Käfige zur Führung der Kugeln vorzusehen. Bei den bekannten Bauarten von Axialkugellagern laufen die belasteten Kugeln auf der axial zu führenden Welle innen an, während die unbelastet zurücklaufenden

Kugeln auf einem größeren Durchmesser innerhalb des Kunststoffkäfigs geführt sind. Dort geht es im wesentlichen auch nur darum, den Nachteil einer spanabhebenden Bearbeitung weitgehend zu vermeiden und es wird dort vorgesehen, eine Kaltverfestigung der Laufbahnfläche vorzusehen, wobei die Laufhülse aus einem Band hergestellt werden soll, das am inneren Umfang geschlossene eingeprägte Kugelumlaufbahnen aufweist Für die entlasteten Kugeln sollen jeweils tiefe geradlinige Kugellaufbahnen und für die belasteten Kugeln ebenfalls geradlinige Kugellaufbahnen vorgesehen werden, die durch zwei halbkreisförmige Laufbahnen untereinander verbunden sind. Da die Umlenkung der Kugeln jedoch auf einem größeren Durchmesser innerhalb des Kunststoffkäfigs erfolgt, läßt sich ein solches Prinzip nicht auf Teleskop wellen übertragen, wo die belasteten Kugeln in entsprechenden Nuten des äußeren Wellenteiles zur Drehsicherung geführt werden müssen und insofern eine Führung der belasteten Kugeln sowohl als auch außen notwendig ist.

Es isi auch bekannt, bei teieskopähniich ausgebildeten Wellenantrieben den äußeren rohrförmigen i-ührungsteil (US-PS 33 64 699) nur über eine bestimmte axiale Länge vorzusehen, so daß dann, ähnlich wie bei den eben erwähnten Axiallagern, eine Umlenkung der Kugeln nach außen möglich ist Für Teleskopwellen der eingangs genannten Art ist eine solche Lösung aber nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Teleskopwellen der eingangs genannten Art mit ineinander längsverschiebbar gelagerten runden Wellenteilen so auszubilden, daß eine Schwächung der Wellenteile im Bereich der Kugelführungen vermieden wird und eine Montagevereinfachung erreicht wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Kugeln in einem zylindrischen Käfig geführt sind, der zwischen innerem und äußerem Wellenteil sitzt und für die achsparallel zurückkehrenden Kugeln im Innen- und Außenteil zwischen den belasteten Nuten weitere einander gegenüberliegende Nuten vorgesehen sind, wobei diese Nuten im inneren Wellenteil tiefer sind, als die Nuten mit belasteten Kugeln und daß die Umlenkbögen im Käfig angeordnet sind und das Umlenken der Kugeln ohne Behinderung durch den äußeren Wellenteil ermöglichen. Durch diese Ausgesfiltung wird eine Schwächung der Wellenteile im Bereich der Kugelführung vermieden. Trotzdem bleibt eine einwandfreie Kinematik der Kugelbewegung erhalten, und es wird auch der entscheidende Vorteil erreicht, daß die Kugeln nicht einzeln, sondern bereits in einem Käfig gehalten mit den Wellenteilen montiert werden können. Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn der Absatz größeren Durchmessers des inneren Wellenteiles, auf dem die Nuten angeordnet sind, durch eine auf die Welle aufgepreßte Hülse gebildet wird. Diese Ausführungsform ermöglicht es, auf eine Ausfräsung der Welle außerhalb der Enden der Nuten zu verzichten, die notwendig gewesen wäre, um die Umlenkung der Kugeln so zu bewirken, daß sie aus den Nuten des äußeren Wellenteiles herausbewegt werden. Bei diesen eo Ausführungsfomen ist es möglich, die Kugeln beidseitig der Stirnflächen der Hülse auf einer Bahn zu führen, die innen durch den Umfang der Welle begrenzt ist. Es ist »ber auch möglich, die Kugeln so zu führen, daß sie auf einer innen von einer Käfigwand begrenzten, nach b5 aüßeii offenen, aber den größten Kugeldurchmesser übergreifenden Bahn geführt sind. In beiden Fällen werden die Kugeln aus den Nuten des äußeren Wellenteiles heraus zum Zentrum des inneren Wellenteiles hin gelenkt und dann wieder leicht ansteigend nach außen in die benachbarte Nut des inneren Wellenteiles geführt, so sie dann entweder, wenn diese Nut tiefer ist, nicht zur Kraftübertragung in Umfangsrichtung beitragen und nur zurückgeführt werden oder, wenn die Nut flacher als die benachbarte ist, die Kraftübertragung im Umfangsrichtung übernehmen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn der Käfig mehrteilig aus miteinander verbindbaren zylindersegmentformigen Schalen besteht und wenn jede Schale mit einer Umlaufbahn für je eine Kugelreihe versehen ist Es wird dann mögliche, den Käfig in einfacher Weise von außen her auf den Wellenteil aufzusetzen, so daß eine bedeutende Montageerleichterung erreicht ist Dabei können die Schalen an ihren Längsrändern mit Verbindungsteilen zum Ansetzen an benachbarte Schalen versehen sein, so daß von außen her nacheinander beispielsweise drei Schalen auf den inneren weiienteil aufgesetzt unu iann zu dem zylindrischen Käfig vereint werden können.

Weiter Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschr- ibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die anhand der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße ausgestaltete Teleskopwelle, wooei oberhalb der strichpunktierten und mit Pfeilen II versehenen Linie nur der äußere Wellenteil weggeschnitten, die übrigen Teile in Richtung des Pfeiles I gesehen sind und unterhalb der strichpunktierten Linie der längs der Linie Ia-Ia der F i g. 2 verlaufende Schnitt gezeigt ist,

F i g. 2 in der oberen Hälfte den Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, in der unteren Hälfte den Schnitt längs der Linie Ha- Ha der Fig.'(,

F i g. 3 die Draufsicht auf eine Käfigschale ähnlich der in den F i g. 1 und 2 eingesetzten, jedoch in einer anderen Ausführungsform,

F ι g. 4 den Schnitt durch die F i g. 3 längs der Linie TV-IV und

F i g. 5 den Schnitt durch die F i g. 3 läng« der Linie V-V.

In den F i g. 1 und 2 ist eine Teleskopwelle in der Ausführungsform für eine Lenkwelle gezeigt, die aus einem inneren Wellenteil 1 und einem äußeren Wellenteil 2 besteht, die jeweils mit Gelenkanschlußteilen versehen sind und ineinander axial verschiebbar geführt sind. Die W?llenteile 1 und 2 sind außerdem in Umfangsrichtung unverdrehbar gegeneinander gefüb-t und das geschieht durch parallel zur Achse der beiden Veil«, ateile geführte Kugelreihen 4, die in nach innen zeigenden und den Querschnitt der Kugeln 4 angepaßton Nuten 5 des äuLeren Wellenteils 2 und in ;iach außen zeigenden Nuten 6 des inneren Wellenteils 1 geführt sind. Die Kugelreihen 4 sind dabei endlos gehalten und bestehen aus jeweils zwei einander zugeordneten in Achsrichtung verlaufenden Kugelreihen 4 bzw. 4a, die jeweils am Ende durch Umlenkbahnen (siehe oberer Teil F i g. 1) 7 untereinander verbunden sind. Die Nuten 6 sind dabei in einer auf den Wellenteil 1 aufgepreßten Zylinderhülse 8 angeordnet und so ausgebildet, daß jeweils eine der einer Kugelreihe 4 bzw. 4a zugeordneten Nuten 6 und 6a tiefer ist, als die andere. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist die Nut 6a tiefer gehalten als die Nut 6, so daß die Kugelreihen 4 bzw. 4a, die endlos miteinander verbunden sind, in einer Sour, nämlich

innerhalb der Nuten 5 und 6 die Kupplung in Drehrichtung bewirken, während sie in der anderen Spur, also innerhalb der Nuten 5 und 6a unbelastet sind. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine einwandfreie kinematische Anordnung und einen einwandfreien Umlauf der Kugel.

Die Kugelreihen 4 sind jeweils innerhalb einer zylindersegmentförmigen Schale 9 geführt, von denen drei, nämlich die Schalen 9, 9a und 96 zu einem zylindefföfrhigeri Käfig zusammengesetzt sind. Jede dieser Schalen führt nur eine Kugelreihe 4 bzw. 4a und besteht, wie aus dem oberen Teil der F i g. 1 hervorgeht, aus den parallelen Führungsbahnteilen 10 sowie aus der gebogenen Umleitung 7, in deren Bereich die Kugeln 4, 4a auf Zylinderflächen verlaufen, die tiefer liegen, als die der inneren Begrenzung der Nuten 5 entsprechende Zylinderfläche. Im unteren Teil der Fig. 1, d. h. in dem c„u„:.. ..„»„_u„iu j„_ ι :„:„ ir ii :„* .... -„!.„„ j„n j„_

Umlenkteil 11 der Käfigschalen 9 bzw. 90 und 9a die Kugeln in dem Bereich der unterhalb der eine 2ö Grenzebene bezeichnenden Linie fliegt, die senkrecht zu der Achse der Wellenteile 1 und 2 steht, so weit zum Zentrum hin führt, daß die Kugeln vollkommen aus der äußeren Nut 5 herausgeführt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform besitzt der Käfigteil 11 eine äußere Wand und die Kugeln 4 werden bei der Umlenkung auf dem Umfang des Wellenteiles 1 geführt. In gleicher Weise ist der Umlenkteil 11a an der anderen Seite der Käfigschalen ausgebildet.

In den Fig. j bis 5 ist eine andere Ausführungsform des Käfigs dargestellt, der sich aber nur dadurch von dem Käfig der F i g. 1 und 2 unterscheidet, daß die Ümlenkteile 11 getrennt von den die Geradführungen enthaltenden Teilen 10a hergestellt und mit diesen durch eine formschlüssig hintereinandergreifende Verbindung 12 zusammengeschlossen sind. Diese Verbindung 12 wird dadurch ermöglicht, daß die Teile 10a und 11 aus Kunststoff hergestellt sind und jeweils mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehen sind, die beim Aneinanderdrücken hintereinander rasten und so den Zusammenhalt sichern.

Ein weiterer Unterschied zu den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Käfigschalen besteht darin, daß hier im Umlenkteil 11 die Kugeln durch einen Wandteil 11a gehalten sind, der auf der Innenseite liegt, an daß die Kugeln am Umlenkungskulminationspunkt nicht auf dem Umfang der Welle, sondern auf dem Käfigteil 11 geführt sind. Die Ufnlenkbahn ist an dieser Stelle nach außen hin offen, übergreift aber mit den Teilen 7ä den Teil des größten Umfanges der Kugeln, so daß die Kugeln sicher gehalten sind. Die Umlenkbahn selber ist gestrichelt in F i g. 5 angedeutet und mit Tb bezeichnet.

Aus den Fig.3 und 4 wird deutlich, daß jede der Käfigschalen 9c ah den Seitenkanten mit je einem Vorsprung 13 und einer entsprechenden Ausnehmung 14 versehen ist, die formschlüssig ineinandergreifen können. So wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, können daher drei der Käfigschalen 9c formschlüssig miteinander zu einem zylinderförmigen Käfig verbunden werden, der die Montagearbeit wesentlich erleichtert Hierzu ist es nämlich nur notwendig, die Käfigschalen nacheinander

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auf uic ι linac σ uca iiiiicicii ττ cuciitciis aui£.uac:i£,dl UIIU untereinander mit Hilfe der Verbindungsteile 13 und 14 ringförmig zusammenzusetzen. Der ganze Käfig wird dann durch das Eingreifen der Kugeln in die Nuten 6 in Umfangsrichtung gesichert und in Achsrichtung dadurch, daß die Käfigteile 11 jeweils an den Stirnkanten der Hülse 8 anliegen. Alle Kugeln sind auf diese Weise bereits montiert, und es genügt, den äußeren Wellenteil überzuschieben. Die Erfindung eröffnet daher eine Möglichkeit zur Herstellung und zum Aufbau einer Teleskopwelle, die wesentlich einfacher als die bisher bekannten Möglichkeiten sind. Durch Wahl der Anzahl der Segmente kann die Führung in Umfangsrichtung verbessert werden. Es hat sich aber gezeigt, daß bei geeigneter Dimensionierung die drei Reihen von in Umfangsrichtung wirksamen Kugeln ausreichen, um die benötigten Umfangskräfte aufnehmen zu können. Eine Schwächung der Wellenteile in diesem Bereich wird vermieden. Die Kinematik hinsichtlich des Abrollens der Kugeln ist einwandfrei.

Die Anordnung weist ebenso wie auch andere bekannte Anordnungen den Vorteil auf, daß runde Wellenteile verwendet werden können, die sich, wie auch aus F i g. 1 ersichtlich ist, sehr einfach durch elastische Dichtungen 15 und 16 gegeneinander abdichten lassen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Teleskopwelle mit axial ineinander verschiebbaren WeUenteilen, die innen bzw. außen über den Umfang verteilt einander gegenüberliegende achsparallele Nuten aufweisen, die mit Kugeln von in geschlossener Umlaufbahn geführter Kugelreihen zum unverdrehbaren Kuppeln der Wellenteile gefüllt sind, wobei die Kugelbahnen im Bereich des inneren gegenüber der üblichen Welle verdickten WeUenteilen Umlenkbögen und achsparallele Rückführabschnitte aufweisen, in denen unbelastete Kugeln jeder Reihe von den belasteten Nuten wieder in diese zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4, 4a) in einem zylindrischen Käfig (9,9a, 9b) geführt sind, der zwischen innerem und äußerem Wellenteil (t, 2) sitzt und für die achsparallel zurückkehrenden Kugeln im Innen- und Außenteil zwischen den belasteten Nuten (6) weitere einander gegenüberliegende Nuten (5, %a) vorgesehen sind, wobei diese Nuten (Sa) im inneren Wellenteil (1) tiefer sind als die Nuten (6) mit belasteten Kugeln und daß die Umlenkbögen (7, Tb) im Käfig angeordnet sind und das Umlenken der Kugel ohne Behinderung durch den äußeren Wellenteil (2) ermöglichen.

2. Teleskopwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz durch eine auf die Welle (1) aufgepreßten Hülse (8) gebildet ist.

3. Teleskopwelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gel· Einzeichnet, daß die Kugeln (4) beidseits der Stirnflächen der Hülse (8) auf einer Bahn (7b) geführt sind, die innen durch den Umfang der WeIIe(I)begrenzt ist(Fig. 1)

4. Teleskopwelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (4) beidseitig der Stirnflächen der Hülse (8) auf einer innen von einer Käfigwand (Wa) begrenzten, nach außen offenen, aber den größten Kugeldurchmesser übergreifenden Bahn geführt sind.

5. Teleskopwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (9, 9a, 9b) mehrteilig ist und aus miteinander verbindbaren zylindersegmentförmigen Schalen (9,9a, 9Z)^besteht

6. Teleskopwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schale (9a, 9,9tymit einer Umlaufbahn (10, 7) für je eine Kugelreihe (4, 4a) versehen ist

7. Teleskopwelle nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (9, 9a, 9b) an ihren Längsrändern mit Verbindungsteilen (13, 14) zum Ansetzen an benachbarte Schalen versehen sind.

8. Teleskopwelle nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile aus formschlüssig ineinandergreifenden Elementen (13,14) bestehen.

9. Teleskopwelle nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (9,9a, 9b) aus Kunststoff bestehen.

10. Teleskopwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkbahnen (7b) des Käligs in Umlenkteilen (11) angeordnet sind, die getrennt von den die parallelen Führüngsbahnen (10) aufnehmenden Geradführungsteilen (iOa) des Käfigs hergestellt und mit diesem verbunden sind.

11. Teleskopwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkteile (11) und die Geradführungsteile (10a) durch bintereinandergreifende oder ineinanderrastende Schnappverbmdungselemente (12) verbunden sind.