CH381996A - Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

      Kraftübertragungseinrichtung,    insbesondere für Kraftfahrzeuge    Die Erfindung bezieht sich auf eine     Kraftüber-          tragungseinrichtung,    insbesondere zur Verwendung  zwischen der vom angeordneten Antriebsmaschine  und dem     Hinterachsgetriebe    von Kraftfahrzeugen,  die mit einer einteiligen,     torsionselastischen    Über  tragungswelle versehen ist.  



  Die im allgemeinen zur Kraftübertragung zwischen  der vorn angeordneten Antriebsmaschine des Kraft  fahrzeuges und seiner Hinterachse verwendeten Über  tragungswellen sind normalerweise unter dem Gesichts  punkt konstruiert, dass sie möglichst steif sein müssen,  damit ihre kritischen Drehzahlen oberhalb der  Betriebsdrehzahlen liegen. In Bezug auf die Über  tragung des Drehmomentes sind diese Wellen deshalb  um ein Vielfaches überdimensioniert. Die Ver  wendung     torsionselastischer,    ausgesprochen dünner  Übertragungswellen dagegen ist in schwingungs  technischer Hinsicht sehr schwierig und hat deshalb  im Automobilbau auch noch keinen Eingang gefunden.

    Zur Erhöhung der Eigenschwingungszahlen derartig  flexibler Wellen ist es bekannt, die in unbelastetem  Zustand     geradeÜbertragungswelle    durch entsprechende  Einspannung an ihren beiden Enden nach unten  durchzubiegen. Dadurch wird der Schubspannung  durch das übertragende Drehmoment eine Biege  spannung überlagert. Die     Durchbiegung    der Über  tragungswelle nach unten hat gleichzeitig den grossen  Vorteil, dass die Welle im Bereich des Fahrgastraumes  sehr tief liegt. Ihre Achse liegt niedriger als die der  Kurbelwelle der Antriebsmaschine und der Eingangs  welle in das     Hinterachsgetriebe.    Es ergibt sich damit  die Möglichkeit, den Fahrgastraum tiefer zu legen  und damit die Gesamthöhe des Fahrzeuges zu verrin  gern.  



  Um die Schwingungen, in welche die Kurbelwelle  als Einheit gesehen durch das periodische Arbeiten  der Kolbenmaschine und das durch sie bedingte    schwankende Drehmoment versetzt wird, unschädlich  zu machen, ist es bekannt, die Trägheit der Kurbel  welle gegen ungleichförmigen Umlauf durch Anbringen  eines Schwungrades zu erhöhen. Da aber die Kurbel  welle und das übrige     Kraftübertragungssystem        dar-          überhinaus    auch ein in sich schwingungsfähiges  Gebilde darstellt und Eigenschwingungen ausführen  kann, sind auch diese Schwingungen zu beachten.

    Zur Dämpfung dieser Drehschwingungen, insbesondere  bei Resonanz, finden teilweise besonders kompliziert  aufgebaute, in Grösse und Gewicht ungefähr der  Schwungscheibe gleichende     Torsionsschwingungs-          dämpfer    Verwendung. Solche Dämpfer sind nicht nur  sehr teuer, sie     vergrössem    ausserdem das Wagen  gewicht erheblich.  



  Es ist das Ziel der Erfindung, die     Torsions-    und  Biegeschwingungen der Übertragungswelle mit ein  fachen Mitteln wirkungsvoll zu dämpfen. Abgesehen  davon, dass bei Verwendung langer,     torsionselastischer     und relativ dünner     Kraftübertragungswellen    das  Schwingungsverhalten der Wellen genau untersucht  werden muss, verlangt eine derartige, insbesondere  eine gekrümmte Welle eine einwandfreie Überleitung  der Kräfte von der Welle auf die Anschlussflansche.  Diese Kräfte werden bei den bekannten Konstruktionen  in voller Höhe durch     Keilwellenverbindungen    in die       A.nschlussflansche    geleitet.

   Aus Festigkeitsgründen  sind die     Anschlussenden    der Welle, in die das Ver  zahnungsprofil eingerollt oder eingeschnitten ist, ver  dickt. Um den auf die Wechselfestigkeit schädlichen  Einfluss der     Kerbwirkung    des Verzahnungsprofils  möglichst gering zu halten, ist ein einwandfreier  Übergang zwischen den verstärkten Enden und dem  dünneren Mittelteil der Welle erforderlich. Die Her  stellung eines solchen Überganges mit der in diesem  Falle erforderlichen Genauigkeit ist sehr kompliziert  und teuer.

        Die Erfindung hat sich daher auch die Aufgabe  gestellt, die     Kerbverzahnung    von der Übertragung  des Drehmomentes zu entlasten, wodurch die Welle  an den Enden im Bereich der     Kerbverzahnung,     dass heisst an der Stelle der Umlenkung der Kraft  linien von der Welle in die Nabe des Kupplungs  flansches nicht mehr stärker ausgeführt zu sein braucht,  als die übrige Welle. Eine vollkommen glatte Über  tragungswelle kann spitzenlos geschliffen werden und  bietet daher herstellungsmässig grosse Vorteile.

   Für  eine derartig ausgebildete, durch     Einspannmomente     gekrümmte Welle schlägt die Erfindung vor, mit den  Nahen der Kupplungsflansche<B>je</B> ein koaxiales Rohr zu  verbinden und den zwischen Rohr und Welle vorhan  denen Ringraum mit einer unter radialer Pressung  stehenden Zwischenlage aus     gummielastischem    Mate  rial auszufüllen.

   Je nach der     Grösse    der erzeugten radia  len Pressung des Materials zwischen<B>U</B>     bertragungswelle     und Rohr kann das Gesamtdrehmoment zu bestimm  ten Anteilen durch die     Kerbverzahnung    oder durch die  Zwischenlage übertragen werden.     Darüberhinaus    hat  die     ZwischeDlage    schwingungsdämpfende Eigenschaf  ten, wodurch besonders bei     Resoranzdrehzahlen    der  Welle die Schwingungsausschläge weitgehend gedämpft  werden. Die schwingungsdämpfende Wirkung der  Zwischenlage ist nicht nur für die Bekämpfung der  Drehschwingungen wertvoll, sondern im gleichen  Masse auch für sich eventuell ausbildende Biege  schwingungen.  



  Durch die Versteifung der Wellenenden in Ver  bindung mit der aufgezwungenen     Durchbiegung    kann  die kritische Drehzahl<B>1</B> Ordnung in einen Bereich  verlegt werden, der im allgemeinen von den Betriebs  drehzahlen nicht mehr erreicht wird. Dagegen wird  die Lage der zweiten kritischen Drehzahl durch die  Krümmung der Welle nur unwesentlich beeinflusst,  und zwar deswegen, weil ihre Schwingungsform mit  einem Knoten in halber Länge der Übertragungswelle  von der Versteifung nicht beeinflusst wird. Zur  Bekämpfung vorzugsweise dieser     Schwingungsforrn    ist  die Übertragungswelle zweckmässig etwa an den  Stellen der grössten Schwingungsausschläge gelagert.

    Die Zwischenlage hat einen derart günstigen     Einfluss     auf die Dämpfung der Biegeschwingungen, dass die  Lager der Übertragungswelle relativ einfach ausge  führt werden können.    Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfind  ungsgegenstandes besteht ein solches Lager aus einem  normalen Kugellager, dessen Innenring -über eine       gummi-elastische    Manschette auf der Übertragungs  welle sitzt und mittels zweier     gummi-elastischer    Pfro  pfen in einer Ebene senkrecht zur     Krümmungsebene     in einem Schutzrohr der Übertragungswelle gehalten  wird.

   Eine Abstützung der Welle in ihrer     Krümmungs-          ebene    erübrigt sich, da Schwingungen in dieser  Ebene auf Grund der besonderen Spannungsver  hältnisse in der Übertragungswelle unbedeutend sind.  



  Beiliegende Zeichnung stellt ein Ausführungs  beispiel des Erfindungsgegenstandes dar.         Fig.   <B>1</B> ist eine schematische Darstellung des  Triebwerkes eines Kraftfahrzeuges mit einer das  Ausführungsbeispiel bildenden     Kraftübertragungsein-          richtung.     



       Fig.    2 ist ein vergrösserter Längsschnitt durch die  vordere Wellenkupplung der Übertragungswelle.  



       Fig   <B>3</B> ist ein vergrösserter Längsschnitt durch die  hintere Wellenkupplung der Übertragungswelle.  



       Fig.    4 ist ein Schnitt entlang der Linie     A-A    in       Fig.   <B>1</B> in vergrösserter Darstellung.  



       Fig.   <B>5</B> ist ein Schnitt entlang der Linie     B-B    in       Fig.    4.  



       Fig.   <B>6</B> zeigt die     Kraftübertragungswelle    vor dem  Zusammenbau mit dem Kupplungsflansch und       Fig.   <B>7</B> zeigt dieselbe     Kraftübertragungswelle    im  zusammengebauten Zustand.  



  In dem nur im Bereich der Hinterachse angedeute  ten Rahmen<B>11</B> der Karosserie ist das Triebwerk des  Fahrzeuges, bestehend aus Motor 12 und Kupplung<B>13</B>  einerseits, dem Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 und  dem     Hinterachsgetriebe   <B>15</B> andererseits sowie der  Übertragungswelle<B>16,</B> gelagert. Die Übertragungs  welle<B>16</B> ist von einem Schutzrohr<B>17</B> umgeben, welches  das vorn angeordnete     Motor-Kupplungsaggregat   <B>12/13</B>  mit der Getriebeeinheit 14/15 an der Hinterachse  starr verbindet. Die Hinterräder<B>18</B> werden durch       Schwinghalbachsen    (nicht dargestellt) angetrieben.  



  Die     Kurbelwellenachse   <B>19</B> des Motors 12 und in  gerader Fortsetzung davon die Achse der Zwischen  welle 20     (Fig.    2) in der Kupplung<B>13</B> ist nach hinten  unten gerichtet und besitzt an ihren Enden einen  radialen Kupplungsflansch 21. Dieser Kupplungs  flansch ist mit einem entsprechenden, mit der Über  tragungswelle<B>16</B> verbundenen     Kupplungsflansch    22  durch Schrauben<B>23</B> fest verbunden. Eine einteilige,       torsionselastische,    relativ dünne Übertragungswelle<B>16</B>  erstreckt sich von der Kupplung<B>13</B> zum Geschwindig  keitswechselgetriebe 14, welches an das     Hinterachs-          getriebe   <B>15</B>     angeblockt    ist.

   An das Geschwindig  keitswechselgetriebe 14 ist ein Lagergehäuse 24 an  geschraubt. Die Übertragungswelle<B>16</B> ist über die  gleiche     Flanschkupplung   <B>25</B> wie am vorderen Ende  mit dem Wellenstummel<B>26</B> verbunden. Dieser     Wellen-          tummel   <B>26</B> ist durch eine Keilverzahnung<B>27</B> mit der  hohlen     Getriebeeingangswelle   <B>28</B>     verdrehsteif,    jedoch       axialverschiebbar    verbunden. Die hohle     Getriebe-          eingangswelle   <B>28</B> ist in den beiden im Abstand von  einander angeordneten Kugellagern<B>29</B> und<B>30</B> gelagert.

    Die     Getriebeeingangswelle   <B>28</B> ist nach vorn und unten  geneigt.  



  Die Übertragungswelle<B>16</B> ist infolge der Neigung  der Zwischenwelle 20 in der Kupplung<B>13</B> und der  Neigung der     Getriebeeingangswelle   <B>28,</B> mit denen  sie durch starre     Flanschkupplungen    21, 22 und<B>25</B>  fest verbunden ist, nach unten durchgebogen. Das       Einspannmoment    am vorderen Ende, der Über  tragungswelle wird durch die beiden im Abstand  voneinander angeordneten Kugellager<B>31</B> und<B>32</B> der  Zwischenwelle 20 aufgenommen, wohingegen das       Einspannmoment    im angeflanschten Lagergehäuse      24 am rückwärtigen Ende der Übertragungswelle<B>16</B>  durch die beiden Lager<B>29</B> und<B>30</B> aufgenommen wird.  



  Auf das starre Schutzrohr<B>17</B> zwischen den vor  deren und den rückwärtigen     Triebwerksaggregaten     ist an beiden Enden<B>je</B> ein Flansch<B>33</B> und 34     auf-          geschweisst,    die durch Schrauben<B>35</B> und<B>36 -</B>     kupp-          lungsseitig    unter Zwischenschaltung eines Passtückes  <B>37 -</B> mit dem Gehäuse der Kupplung<B>13</B>     bzw.    dem  Lagergehäuse 24 verbunden sind.  



  Durch die     Durchbiegung    der Übertragungswelle  <B>16</B> wird dem von der Übertragung der Antriebsleistung  des Motors 12 auf das     Hinterachsgetriebe   <B>15</B> her  rührenden Drehmoment eine Biegespannung über  lagert. Die Übertragungswelle<B>16</B> ist etwa bei Y4 und  3/4 der Wellenlänge an den Stellen<B>38</B> und<B>39,</B> der  grössten Schwingungsanschläge für die 2, kritische  Drehzahl gelagert.  



  Aus schwingungstechnischen Gründen brauchen,  wie die Figuren 4 und<B>5</B> zeigen, die Kugellager<B>38</B> a  und<B>39</B> a nur in der waagrechten Ebene gehalten zu  werden. Ihre Halterung erfolgt durch zwei     gununi-          elastische,    waagrecht angeordnete Pfropfen 40 und 41  vorzugsweise aus Gummi, die in zwei sich gegen  überliegende Öffnungen 42, 43 des Schutzrohres<B>17</B>  eingesetzt sind. Über den Öffnungen 42, 43 ist<B>je</B> ein  Blech 44, 45 befestigt, deren federnde innere Ränder  hinter die Schultern 46, 47 der Pfropfen 40 und 41  eingreifen.  



  Zwischen der Übertragungswelle<B>16</B> und dem  Innenring des Kugellagers<B>38</B> a ist zur weiteren  Dämpfung eine Gummimanschette 48 eingesetzt.  



  Die Verbindung des Kupplungsflansches 21 mit  der Übertragungswelle<B>16</B> ist in den     Fig.   <B>6</B> und<B>7</B> für  das vordere Ende der Welle vor dem Zusammenbau       bzw.    im zusammengebauten Zustand dargestellt.  



  Die     Flanschanschlüsse    an beiden Enden sind gleich  ausgebildet, weshalb nur eine Hälfte der Übertragungs  welle gezeichnet ist.  



  Als Übertragungswelle ist ein glatter Stab vorge  sehen, der in vorteilhafter Weise im spitzenlosen  Schleifverfahren geschliffen werden kann. Das Wellen  ende ist mit einer     Kerbverzahnung   <B>52</B> versehen, mit der  die Welle     verdrehfest    und auch axial     unverschieblich     mit der     Nahbe   <B>53</B> des Kupplungsflansches verbunden  ist. Auf die Nabe<B>53</B> des     Kupplungsflansches    ist ein  koaxiales Rohr 54 aufgeschoben. Die Verbindung  dieses Rohres mit der Nabe<B>53</B> erfolgt durch Pressitz  in Verbindung mit der     Rändelung   <B>55,</B> welche auf der  Nabe angebracht ist. Das     aufgeweitete    Rohrende<B>50</B>  wird ausserdem noch eingerollt.  



  Zwischen dem koaxialen Rohr 54 und der Über  tragungswelle<B>16</B> ist eine     gummi-    elastische Hülse<B>56</B>  vorzugsweise aus Gummi eingepresst. Die Hülse<B>56</B>  besitzt infolge ihres hohen     Verformungsgrades    eine  starke radiale Pressung, wodurch sie imstande ist,  einen Teil des in den Kupplungsflansch 22 einge  leiteten Drehmomentes von dem fest mit der Nabe<B>53</B>  verbundenen Rohr 54 auf die Welle und umgekehrt  zu übertragen. Die     Kerbverzahnung   <B>52</B> wird dadurch    entlastet und das Wellenende kann infolgedessen in  gleicher Stärke wie die übrige Welle ausgeführt werden.  



  Zum Zusammenbau wird von beiden Seiten zuerst  die Gummihülse 48 zusammen mit dem Kugellager  <B>38</B> a auf die Welle aufgeschoben. Darauf werden das  Rohr 54, die Gummihülse<B>56</B> und der Kupplungs  flansch 22 aufgeschoben und das Wellenende     gerändelt.     Das koaxiale Rohr 54 besteht im wesentlichen aus  einem dickeren zylindrischen Abschnitt<B>57,</B> der auf die  Nabe<B>53</B> aufgeschoben wird, einem sich verjüngenden  Abschnitt<B>58</B> und einem dünneren zylindrischen  Abschnitt<B>59.</B> Die Gummihülse<B>56</B> hat in     unver-          formtein    Zustand eine Form, die etwa dem Ringraum  zwischen dem dickeren zylindrischen Rohrabschnitt  <B>57</B> und dem konischen Rohrabschnitt<B>58</B> sowie der  Welle<B>16</B> entspricht.

   Ausgehend von der Zuordnung  der Einzelteile gemäss     Fig.   <B>6</B> wird zum endgültigen  Zusammenbau die Nabe<B>53</B> des Kupplungsflansches  22 in das Rohr 54 eingepresst. Dabei schiebt sich die  zwischen Übertragungswelle<B>16</B> und Rohr 54 liegende  Gummihülse<B>56</B> in den schmalen Ringraum zwischen  Welle und dem dünneren zylindrischen Rohrabschnitt  <B>59</B> vor und füllt     schhesslich    den verbleibenden Ring  raum zwischen Welle<B>16</B> und Rohr 54 aus. Gleichzeitig  wird auch die Welle<B>16</B> mit ihrer     Kerbverzahnung   <B>52</B>  in die Bohrung<B>60</B> der Nabe<B>53</B> eingepresst. Je nach  Form,     Vorspannung    und Härte der Gummihülse<B>56</B>  wird ein grösserer oder kleinerer Anteil des Dreh  momentes durch sie übertragen.

    



  Abgesehen von der Entlastung der Kerbverzahn  ung<B>52</B> der Übertragungswelle<B>16</B> durch den Einbau  der Gummihülse<B>56</B> hat diese auch ausgezeichnete  schwingungsdämpfende Eigenschaften sowohl in Bezug  auf Drehschwingungen als auch auf Biegeschwingun  gen. Damit wird der Einbau eines zusätzlichen     Tor-          sionsschwingungsdämpfers    überflüssig und an Stelle  komplizierter Vorrichtungen zur Dämpfung der Biege  schwingungen können einfache Zwischenlager für die  Übertragungswelle in der beschriebenen Bauart ver  wendet werden.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere zur Verwendung zwischen der vorn angeordneten Antriebs maschine und dem Hinterachsgetriebe von Kraft fahrzeugen, mit einer einteiligen, durch Einspann- momente gekrümmten, torsionselastischen Kraft- übertragungswelle, die an ihren beiden Enden mit tels<B>je</B> einer Kerbverzahnung mit einem Kupplungs flansch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Nabe<B>(53)</B> des Kupplungsflansches (22) ein koaxiales Rohr (54)

   verbunden ist und dass der zwischen Rohr und Welle vorhandene Ringraum mit einer unter radialer Pressung stehenden Zwischenlage <B>(56)</B> aus gummielastischem Material ausgefüllt ist. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Nabe<B>(53)</B> des Kupplungsflansches (22) aufgezogene Rohr (54) aus einem im Bereich der Nabe<B>(53)</B> zyhndri- scheu Abschnitt<B>(57),</B> einem daran anschliessenden, sich verjüngenden Abschnitt<B>(58)</B> und einem weiteren zylindrischen Abschnitt<B>(59)</B> besteht.

   2. Kraftübertragungseinrichtung nach Unteran spruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Rohr (54) und Übertragungswelle<B>(16),</B> eingepresste nachgiebige Zwischenlage<B>(56)</B> vor dem Zusammenbau wenigstens angenähert die Form des Ringraumes zwi schen einerseits dem nabenseitigen zylindrischen<B>Ab-</B> schnitt<B>(57)</B> und dem konischen Rohrabschnitt<B>(58)</B> und andererseits der Übertragungswelle<B>(16)</B> hat und beim Zusammenbau unter Verdrängung aus dem nabenseitigen zylindrischen Ringraum in den zylindri- schen Ringraum kleineren Durchmessers gepresst ist.

   <B>3.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach Unteran spruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebi gen Zwischenlage<B>(56)</B> über das Rohrende vorsteht. 4. Kraftübertragungseinrichtung nach den Unter ansprüchen<B>1</B> und<B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der dünnere zylindrische Abschnitt<B>(59)</B> des koaxialen Rohres<B>(57)</B> im Verhältnis des gegenüber dem naben- seitigen Rohrabschnitt<B>(57)</B> verringerten Ringquer schnittes zwischen Übertragungswelle<B>(16)</B> und Rohr (54) länger ist als der nabenseitige, zylindrische Rohrabschnitt<B>(57).</B> <B>5.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach Unteran spruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe<B>(53)</B> des Kupplungsflansches (22) mit einer Kerbverzahnung <B>(55)</B> versehen ist, auf die das Rohr (54) zur verdrehstei- fen Befestigung aufgepresst ist. <B>6.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach den Unter ansprüchen<B>1,</B> 2 und<B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (54) vor dem Zusammenbau am naben- seitigen Ende eine Aufweitung <B>(50)</B> besitzt, die nach dem Einpressen der Nahe<B>(53)</B> des Kupplungs flansches (22) auf einem eingezogenen Teil der Nabe eingerollt ist.

   <B>7.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach Patentan spruch, bei welcher die Übertragungswelle an zwei Stellen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Lagerstellen<B>(38, 39)</B> Kugellager<I>(38a, 39a)</I> verwendet sind die unter Zwischenschaltung gummi elastischer Manschetten (48) auf der Übertragungs welle<B>(16)</B> sitzen und mittels<B>je</B> zweier gummielastischer Pfropfen (40, 41) in der zur Krümmungsebene senk rechten Ebene in einem Schutzrohr<B>(17)</B> der Über tragungswelle gehalten werden. <B>8.</B> Kraftübertragungseinrichtung nach den Unter ansprüchen<B>3, 6</B> und<B>7.</B>