CH381996A - Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere für KraftfahrzeugeInfo
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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)
- <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>
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