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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkwelle mit einem an ein Ende der Welle
angeschlossenen Außenrohr
und einer zumindest teilweise in das Außenrohr eingeschobenen und
an das andere Ende der Welle angeschlossenen Kernwelle und mit einem
elastomeren Dämpfungselement,
das zwischen dem Außenrohr
und der Kernwelle eingefügt
und an der Innenseite des Außenrohrs
und an der Außenseite
der Kernwelle anvulkanisiert ist. Die Erfindung betrifft auch ein
Verfahren zur Herstellung einer solchen Gelenkwelle.
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Bei
Fahrzeugen dienen Gelenkwellen zur Übertragung der Antriebskräfte von
Motor/Getriebe beispielsweise zum Hinterachsdifferential des Fahrzeugs.
Zur Dämpfung
von Torsionsschwingungen im Triebstrang sind in der Gelenkwelle
typischerweise Dämpfungselemente
vorgesehen, die aus einem elastomeren Dämpfungsmaterial bestehen.
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So
ist in der
DE 101
51 714 A1 eine Gelenkwelle beschrieben, die ein an ein
Ende der Welle angeschlossenes Außenrohr und eine zumindest
teilweise in das Außenrohr
eingeschobene und an das andere Ende der Welle angeschlossene Kernwelle und
ein elastomeres Dämpfungselement
enthält.
Das elastomere Dämpfungselement
ist zwischen dem Außenrohr
und der Kernwelle eingefügt
und sowohl an der Innenseite des Außenrohrs als auch an der Außenseite
der Kernwelle anvulkanisiert.
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Die
US 3,304,747 zeigt einen
Torsionsdämpfer
mit einer Innenwelle und einer Außenwelle, die koaxial zueinander
angeordnet sind. Innenwelle und Außenwelle sind über ein
elastomeres Dämpfungselement
miteinander gekoppelt, das in einem Ringzwischenraum zwischen Innen-
und Außenwelle
eingebracht ist. In der Außenwelle
sind einander gegenüberliegende
Bohrungen angeordnet, die das Eingießen des Elastomers in den Ringzwischenraum
erleichtern sollen.
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Weiterhin
ist aus der
DE 922 502
C eine Gelenkwelle bekannt, die ebenfalls eine Hohlwelle
und eine in diese eingeschobene Kernwelle enthält, zwischen denen sich ein
elastisches Element befindet, welches insbesondere aus Gummi bestehen
soll. Dabei kann das elastische Element zwischen die Wellenteile
vulkanisiert sein. Weiterhin wird angegeben, dass zur Erhöhung der
Biegesteifigkeit der Welle aus Gummi hergestellte elastische Teilelemente
mit ringförmigen
Metalleinlagen versehen sein können, über die
jedoch keine näheren
Angaben gemacht werden.
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Eine
weitere Gelenkwelle, bei der in ein Außenrohr eine Kernwelle eingeschoben
und zwischen beiden ein elastomeres Dämpfungselement vorgesehen ist,
ist in der
GB 459 105 beschrieben.
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Schließlich ist
aus der
DE 1 044 637
B eine Gelenkwelle bekannt, bei der eine Kernwelle auf
ihrer ganzen Länge
in einer diese umgebende Hohlwelle zentriert geführt ist. Zwischen der Außenseite
der Hohlwelle und einer diese konzentrisch umfassenden, an der Einführungsseite
mit der Kernwelle verbundenen Büchse
ist ein elastisches Dämpfungselement
vorgesehen, welches einerseits mit der Hohlwelle und andererseits
mit der Büchse
verbunden ist. Durch die Zentrierung der Kernwelle in der Hohlwelle sollen
Biegeschwingungen verhindert werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es eine ein Dämpfungselement zum Dämpfen von
Torsionsschwingungen enthaltende und gegen Biegeschwingungen unempfindliche
Gelenkwelle zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Gelenkwelle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gelenkwelle sind in den
Unteransprüchen angegeben.
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Weiterhin
soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Gelenkwelle angegeben werden.
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Durch
die Erfindung wird eine Gelenkwelle mit einem am Ende der Welle
angeschlossenen Außenrohr
und einer zumindest teilweise in das Außenrohr eingeschobenen und
an das andere Ende der Welle angeschlossenen Kernwelle und mit einem elastomeren
Dämpfungselement,
das zwischen dem Außenrohr
und der Kernwelle eingefügt
und an der Innenseite des Außenrohrs
und an der Außenseite der
Kernwelle anvulkanisiert ist, geschaffen. Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass zusätzlich
zu dem elastomeren Dämpfungselement
zwischen dem Außenrohr
und der Kernwelle mehrere Stützringe vorgesehen
sind, die sowohl an der Innenseite des Außenrohrs als auch an der Außenseite
der Kernwelle anliegen, wobei die Stützringe eine Relativbewegung
von Außenrohr
und Kernwelle in Umfangsrichtung gestatten. Durch die Stützringe
wird die Durchbiegung der Gelenkwelle reduziert und dadurch Biegeschwingungen
verhindert. Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Gelenkwelle sind, dass
sie einfach aufgebaut, dauerhaft und platzsparend ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Gelenkwelle
sind die Stützringe
fest mit der Kernwelle ver bunden und liegen außen lose an der Innenseite
des Außenrohrs
an.
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Vorzugsweise
sind die Stützringe
in vorgegebenen axialen Abständen
angeordnet und in den Abständen
zwischen benachbarten Stützringen
jeweilige Teilbereiche des elastomeren Dämpfungselements vorgesehen.
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Vorzugsweise
liegen die Teilbereiche des elastomeren Dämpfungselements in axialer
Richtung spielfrei an den benachbarten Stützringen an.
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Vorzugsweise
sind die Teilbereiche des elastomeren Dämpfungselements jeweils an
der Innenseite des Außenrohrs
und an der Außenseite
der Kernwelle anvulkanisiert, nicht jedoch an den Seiten der benachbarten
Stützringe.
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Vorzugsweise
sind die Stützringe
aus einem gleitfähigen
Material hergestellt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Stützringe
aus Kunststoff hergestellt. Ein Vorteil der Verwendung von Kunststoff für die Stützringe
ist eine Geräuschentkopplung
zwischen Außenrohr
und Kernwelle.
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Insbesondere
sind die Stützringe
vorteilhafterweise aus Polyamid oder PPS hergestellt, wobei PPS
bei höheren
Temperaturen zur Anwendung kommen kann.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung können
die Stützringe
aus Metall hergestellt sein. Ein Vorteil der Verwendung von Metall
für die
Stützringe
ist eine verbesserte Maßhaltigkeit
und damit eine verbesserte Möglichkeit
zur Abstimmung von Maßtoleranzen.
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Gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung können
die Stützringe
als Verbundringe von Kunststoff und Metall hergestellt sein. Bei
einer Herstellung der Stützringe
als Verbundringe von Kunststoff und Metall sind die Geräuschentkopplung
von Kunststoff und die Maßhaltigkeit
von Metall in vorteilhafter Weise miteinander verbunden.
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Hierbei
können
insbesondere die Stützringe Verbundringe
mit einem inneren, an der Außenseite der
Kernwelle anliegenden aus Kunststoff bestehenden Teil und einem äußeren, an
der Innenseite des Außenrohrs
anliegenden, aus Metall bestehenden Teil sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Gelenkwelle
ist der die Stützringe
bildende Kunststoff auf die Kernwelle aufgespritzt.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Gelenkwelle
ist es vorgesehen, dass das Außenrohr
in den Anlagebereichen der Stützringe
durch Rundhämmern
auf Maß gebracht
ist.
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Das
elastomere Dämpfungselement
kann vorteilhafter Weise insbesondere aus einem Silikonkautschuk
bestehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Gelenkwelle
sind im Außenrohr
mehrere Bohrungen zum Einspritzen eines zum Bilden des elastomeren
Dämpfungselements
vorgesehenen fließfähigen Elastomers
in die Zwischenräume
zwischen Kernwelle und Außenrohr
und zum Entlüften
derselben während
des Einspritzens des Elastomers vorgesehen.
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Vorzugsweise
sind dabei in Axialrichtung der Gelenkwelle benachbarte Bohrungen
in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet.
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Weiterhin
wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Gelenkwelle
geschaffen. Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass die Kernwelle in eine Bearbeitungsmaschine eingespannt wird,
dass die Stützringe
auf die Kernwelle aufgebracht werden, dass die Kernwelle zusammen
mit den darauf aufgebrachten Stützringen
in das Außenrohr
eingeschoben wird, und dass ein zum Bilden des elastomeren Dämpfungselements
vorgesehenes fließfähiges Elastomer
in die Zwischenräume
zwischen Kernwelle und Außenrohr
eingespritzt wird. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, dass eine Torsionsschwingungen dämpfende und gleichzeitig gegen
Biegeschwingungen unempfindliche Gelenkwelle auf einfache Art hergestellt
werden kann. Ein besonderer Vorteil dabei ist es, dass die Stützringe
eine Zentrierung zwischen Außenrohr
und Kernwelle bewirken, ohne dass dazu eigens Maßnahmen erforderlich sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das zum Bilden des elastomeren Dämpfungselements vorgesehene
fließfähige Elastomer
durch im Außenrohr vorgesehene
Bohrungen eingespritzt und entlüftet.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Stützringe
durch Aufspritzen von Kunststoff auf die Kernwelle hergestellt.
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Dabei
können
die Stützringe
am Außenumfang
spanend bearbeitet werden, um sie auf Mal zu bringen.
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Schließlich kann
es gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen sein, dass das Außenrohr
in den Anlagebereichen der Stützringe
durch Rundhämmern
auf Maß gebracht
wird. Durch ein solches Rundhämmern
wird im Anlagebereich der Stützringe
eine besondere Maßhaltigkeit
des Außenrohrs
sicher gestellt. Das Rundhämmern
kann jedoch entfallen, wenn Rohre mit besonders kleinen Maßtoleranzen
zur Verfügung
stehen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Gelenkwelle
anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 eine
Seitenansicht einer Gelenkwelle gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 einen
Teil der erfindungsgemäßen Gelenkwelle
mit einem Außenrohr
und einer teilweise in das Außenrohr
eingeschobenen Kernwelle und einem zwischen beiden angeordneten
elastomeren Dämpfungselement;
und
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 2 zur Erläuterung
eines Details derselben.
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1 zeigt
in der Seitenansicht eine praktische Ausführungsform einer Gelenkwelle
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wie sie im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs enthalten
sein kann. Die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete
Gelenkwelle beinhaltet drei Gelenke 6, 7, 8,
von denen sie mit den beiden äußeren Gelenken 6, 8 an
benachbarte Baugruppen, beispielsweise der Ausgangswelle eines an
eine Brennkraftmaschine angeblockten Verteilergetriebes bzw. an
ein Differentialachsgetriebe angeschlossen ist. Ein weiteres Gelenk 7,
ein Kreuzgelenk, ist innerhalb der Gelenkwelle 1 angeordnet
und dient dazu, eine Abwinkelung derselben zu ermöglichen.
Die Gelenke 6, 8 sind Gleichlaufgelenke, die Axi alverschiebungen
zum Längenausgleich
zulassen. Änderungen
des gegenseitigen Abstands der beiden äußeren Gelenke 6, 8, beispielsweise
Bewegungen von Motor/Getriebe und Hinterachsdifferential, können ausgeglichen
werden. Ein zweites Stück 1a der
Gelenkwelle 1, welches sich zwischen dem einen äußeren Gelenk 6 und
dem inneren Gelenk 7 befindet, ist mittels eines Lagers 11 etwa
am Fahrgestell bzw. am Chassis des Fahrzeugs fixiert. Ein erstes
Stück 1b der
Gelenkwelle 1 ist zwischen dem inneren Gelenk 7 und
dem anderen äußeren Gelenk 8 getragen.
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Das
erste Stück 1b der
Gelenkwelle 1 umfasst ein an einem Ende der Welle, nämlich an
dem einen äußeren Gelenk 8 angeschlossenes
Außenrohr 2 und
ein Innenrohr oder, allgemein gesprochen, eine Kernwelle 3,
die an das andere Ende des ersten Stücks 1b der Gelenkwelle 1 angeschlossen
ist, nämlich
an das innere Gelenk 7.
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Zwischen
dem Außenrohr 2 und
der Kernwelle 3 ist ein Dämpfungselement 4 eingefügt, das aus
einem elastomeren Material besteht und zum Dämpfen von Torsionsschwingungen
in dem Antriebsstrang dient, in welchem die Gelenkwelle 1 vorgesehen
ist. Das elastomere Dämpfungselement
ist sowohl an der Außenseite
der Kernwelle 3 als auch an der Innenseite des Außenrohrs 2 anvulkanisiert. Durch
Drehmomentenstöße verursachte
Relativbewegungen der Gelenkwellenteile werden durch das Dämpfungselement 4 abgefedert.
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In
den 2 und 3 ist der das Dämpfungselement 4 enthaltende
Teil der Gelenkwelle 1 näher dargestellt.
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Wie 2 zeigt,
sind zusätzlich
zu dem elastomeren Dämpfungselement 4 zwischen
dem Außenrohr 2 und
der Kernwelle 3 mehrere Stützringe 5 vorgesehen,
die sowohl an der Innenseite des Außenrohrs 2 als auch
an der Außenseite
der Kernwelle 3 anliegen. Die Stützringe 5 sind spielfrei
zwischen der Innenseite des Außenrohrs 2 und
der Außenseite der
Kernwelle 3 angeordnet und sie sind mit der Kernwelle 3 fest
verbunden, wogegen sie außen
lose an der Innenseite des Außenrohrs 2 anliegen,
also eine Art Gleitlager an dieser Stelle bilden. Auf diese Weise
gestatten die Stützringe 5 eine
Relativbewegung von Außenrohr 2 und
Kernwelle 3 in Umfangsrichtung, wogegen sie in Biegerichtung
der Gelenkwelle 1 bzw. genauer gesagt von deren erstem
Stück 1b,
in welchem das elastomere Dämpfungselement 4 enthalten
ist, für
eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem Außenrohr 2 und
der Kernwelle 3 sorgen. So kann das elastomere Dämpfungselement 4 sowohl
Torsionsschwingungen in Drehrichtung wie auch, bis zu einem gewissen
Grade, Längsschwingungen
in axialer Richtung dämpfen,
wogegen ein Durchbiegen des ersten Stücks 1b der Gelenkwelle 1 durch
die zwischen das Außenrohr 2 und
die Kernwelle 3 eingefügten
Stützringe 5 verhindert
wird.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, sind die Stützringe 5 in bestimmten
vorgegebenen axialen Abständen
zwischen der Kernwelle 3 und dem Außenrohr 2 angeordnet,
wobei sich in den Abständen
zwischen benachbarten Stützringen 5 jeweilige
Teilbereiche 4a des elastomeren Dämpfungselements 4 befinden. Die
Teilbereiche 4a des elastomeren Dämpfungselements 4 sind
jeweils an der Innenseite des Außenrohrs 2 und an
der Außenseite
der Kernwelle 3 anvulkanisiert, nicht jedoch an den Seiten
der benachbarten Stützringe 5,
an welchen sie jedoch in axialer Richtung spielfrei anliegen sollen.
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Wie
weiterhin aus 2 und insbesondere aus der vergrößerten Detailansicht
der 3 ersichtlich ist, ist das Außenrohr 2 in den Anlagebereichen 2a der
Stützringe 5 durch
Rundhämmern
in seinem Radius vermindert und auf diese Weise auf ein genaues
Maß gebracht,
so dass die Stützringe 5 auch dann
spielfrei an der Innerseite des Außenrohrs 2 anliegen,
wenn dieses nicht mit hoher Präzision
gefertigt ist. Wenn für
das Außenrohr 2 ein
Material verwendet wird, welches mit geringer Toleranz gefertigt ist,
kann der gewünschte
Effekt auch ohne das beschriebene Rundhämmern erreicht werden.
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Die
Stützringe 5 bestehen
aus einem gleitfähigen
Material, aus Kunststoff, insbesondere aus Polyamid, PPS, oder aus
Metall, oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff.
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Die
Stützringe 5 können, über ihren
Querschnitt gesehen, aus einem einzigen Material bestehen, wie für den Stützring 5 auf
der linken Seite von 3 gezeigt, oder sie können als
Verbundring hergestellt sein, wie auf der rechten Seite von 3 zu sehen
ist. Hier ist ein Stützring 5 als
Verbundring von Kunststoff und Metall hergestellt, wobei dieser
einen inneren, an der Außenseite
der Kernwelle 3 anliegenden Teil 5a aufweist,
der aus Kunststoff besteht und einen äußeren, an der Innenseite des
Außenrohrs 2 anliegenden
Teil 5b, der aus Metall besteht. Kunststoff sorgt für eine Geräuschdämpfung zwischen Kernwelle 3 und
Außenrohr 2,
während
Metall hoher Präzision
und Verschleißfestigkeit
für die
Anlagefläche
zwischen dem Stützring 5 und
dem Außenrohr 2 dienlich
ist.
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Wie 2 weiterhin
zeigt, sind im Umfang des Außenrohrs 2 Bohrungen 12 vorgesehen,
welche zum Einbringen und zum Entlüften eines für die Herstellung
des elastomeren Dämpfungselements 4 dienenden
fließfähigen Elastomers
vorgesehen sind.
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Das
Dämpfungselement 4 kann
auf herkömmliche
Weise zwischen dem Außenrohr 2 und die
Kernwelle 3 eingebracht werden, besonders vorteilhaft ist
jedoch das folgende Verfahren: zunächst wird die Kernwelle 3 in
eine geeignete Bearbeitungsma schine eingespannt, dann werden die
Stützringe 5 auf
die Kernwelle 3 aufgebracht, die Kernwelle 3 zusammen
mit den darauf aufgebrachten Stützringen 5 in
das Außenrohr 2 eingeschoben
und schließlich
ein zum Bilden des elastomeren Dämpfungselements 4 vorgesehenes
fließfähiges Elastomer
zwischen den Stützringen 5 durch
die vorher angesprochenen Bohrungen 12 in die Zwischenräume zwischen
Kernwelle 3 und Außenrohr
eingespritzt. In Axialrichtung der Gelenkwelle 1 benachbarte
Bohrungen 12 sind in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt
angeordnet.
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Die
Stützringe 5 werden
vorzugsweise durch Aufspritzen von Kunststoff auf die Kernwelle 3 hergestellt,
welcher dann am Außenumfang,
sowie gegebenenfalls auch an den Seiten spanend bearbeitet werden
kann, um sie auf Maß zu
bringen.
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Das
elastomere Dämpfungselement 4 bzw. dessen
Teilbereiche 4a sollen an der Innenseite des Außenrohrs 2 und
an der Außenseite
der Kernwelle 3 anvulkanisiert sein, nach Möglichkeit
nicht jedoch an den Seiten der Stützringe 5, so dass
hier, insbesondere radial außen
am Übergang
zwischen Stützring 5 und
Innenseite des Außenrohrs 2,
wo diese gleitend aneinanderstoßen,
keine unzulässig
großen Scherkräfte auf
das elastomere Material des Dämpfungselements 4 ausgeübt werden.
Dazu können
die Stützringe 5 beispielsweise
an ihren Seiten mit einer Beschichtung versehen sein, welche ein
Vulkanisieren verhindert, oder sie bestehen als solche aus einem
Material, an welchem das elastomere Material des Dämpfungselements 4 nicht
vulkanisiert.
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Das
Material des elastomeren Dämpfungselements 4 kann
ein geeignetes Elastomer sein, z. B. ein Silikonkautschuk. Es kommt
jedoch auch Gummi oder ein anderer Kautschuk in Frage.
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Das
durch das elastomere Dämpfungselement 4 und
die Stützringe 5 gebildete
Verbindungselement zwischen dem Außenrohr 2 und der
Kernwelle 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglichst
nahe am Gelenk 7 angeordnet, jedoch so weit weg, dass Stützvorrichtungen
angebracht werden können,
die zur Aufnahme von Axialkräften
dienen, welche auftreten, wenn Reibschweißen zum Herstellen der Welle
verwendet werden soll.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gelenkwelle
ist das Dämpfungselement 4 in
den Wellenrohren verbaut, so dass kein größerer Bauraum erforderlich
ist als der maximale Rohrdurchmesser.
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Der
Temperatureinsatzbereich ist groß, beispielsweise –60°C bis +180°C.
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Das
Wuchten der Gelenkwellen erfolgt entsprechend herkömmlichen
Standardwellen.
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- 1
- Gelenkwelle
- 2
- Außenrohr
- 3
- Kernwelle
- 4
- elastomeres
Dämpfungselement
- 5
- Stützring
- 6
- Gelenk
- 7
- Gelenk
- 8
- Gelenk
- 11
- Lager
- 12
- Bohrung