DE102006054175A1

DE102006054175A1 - Verbundkupplungswellenaufbau

Info

Publication number: DE102006054175A1
Application number: DE102006054175A
Authority: DE
Inventors: Raymond J. Brighton Haka
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-06-14
Also published as: CN100445588C; US20070117640A1; CN1971078A

Abstract

Ein Verbundkupplungswellenaufbau weist eine ringförmige Nabe mit einer Welle auf, die sich von dieser erstreckt. Die Welle weist einen im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt und einen Kernabschnitt auf. Der Kernabschnitt weist eine höhere interne Dämpfung als der äußere Abschnitt auf, wodurch die Schwingungs- und Geräuschdämpfungseigenschaften der Kupplungswelle verbessert werden, während die externen Abmessungen der Kupplungswelle geringfügig oder gar nicht beeinflusst werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Drehmomentübertragungseinrichtungen, die in Fahrzeuggetrieben verwendet werden, und insbesondere einen Verbundkupplungswellenaufbau.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kupplungswellen zur Verwendung in Fahrzeuggetrieben sind in der Technik weithin bekannt. Im Allgemeinen erstreckt sich eine Welle von einer Kupplungsnabe und trägt ein Zahnrad. Eine Kupplung rückt selektiv in der Kupplungsnabe ausgebildete Zähne ein, um zwischen der Kupplung und dem Zahnrad selektiv ein Drehmoment zu übertragen. Das Fahrzeuggetriebe kann ein hörbares Geräusch oder "Quietschen" erfahren, wenn die Kupplung bei erhöhten Temperaturen eingerückt oder gelöst wird. Dieses "Quietschen" kann ein Ergebnis einer Instabilität der Kupplungsnabe und des Wellensystems sein. Die Federkonstante und die Trägheit des Systems können derart sein, dass sich die Welle wie ein System mit einem Freiheitsgrad verhält, wobei die Kupplungsnabe und die Kupplungsplatten als die Trägheit wirken und das Abtriebsende der Kupplung als die Masse wirkt.

Die Nabe unterliegt der Reibungskraft der Rutschkupplung, was einen negativen Reibungskoeffizienten gegenüber einer Schlupfdrehzahleigenschaft zeigen kann, wenn die Kupplung heiß wird, altert oder einer hohen Belastung der Einheit unterliegt. Diese negative Reibungssteigung emu liert eine negative Dämpfung, was bewirken kann, dass das System mit einem Freiheitsgrad instabil wird, wenn sich die negative Steigung und die positive interne Dämpfung der Welle zu einem negativen Wert summieren. In solchen Situationen erhöht sich die Schwingung der Nabe (Trägheit) über die Welle (Feder) exponentiell, bis eine Nichtlinearität erreicht wird. Solche Nichtlinearitäten können sich derart äußern, dass die Kupplungsplattenverzahnung mit der Nabe nicht länger in Kontakt steht, oder dass die Rotationsgeschwindigkeit der Kupplung die Reibungseigenschaften aus der Zone eines negativen Schlupfs bewegt. Ingenieure verbesserten "Quietsch"-Eigenschaften in der Vergangenheit durch Erhöhen des Durchmessers der Welle, Erhöhen der Trägheit der Nabe, Erhöhen der Wärmeextraktion aus dem Kupplungspaket, Erhöhen des Kupplungsoberflächenbereichs und/oder das Hinzufügen eines Dämpfers. Der Dämpfer kann entweder ein Dämpfer vom Coulomb-Typ oder ein abgestimmter Massedämpfer sein.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird eine Verbundkupplungswelle mit einer Nabe und einer Welle bereitgestellt, die sich von der Nabe erstreckt. Die Welle weist einen Kernabschnitt auf, der in einem im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt angeordnet ist. Der Kernabschnitt weist eine höhere interne Dämpfungseigenschaft auf als der äußere Abschnitt. Der Kernabschnitt kann entweder massiv oder hohl sein. Zusätzlich kann der Kernabschnitt aus Grauguss gebildet sein und in den äußeren Abschnitt pressgepasst sein, der aus Stahl gebildet sein kann. Der Kernabschnitt kann sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Welle erstrecken.

Es wird auch eine Verbundkupplungswelle bereitgestellt, die eine Nabe mit einer Welle umfasst, die sich von dieser erstreckt. Die Welle ist aus einem vergütbaren Material gebildet, und die Welle weist einen vergüteten äußeren Abschnitt und einen nicht vergüteten Kernabschnitt auf. Der nicht vergütete Kernabschnitt weist eine höhere interne Dämpfungseigenschaft auf als der vergütete äußere Abschnitt.

Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der geeignetsten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Verbundkupplungswellenaufbaus in weggebrochener Ansicht, um einen Kernabschnitt in einem äußeren Abschnitt eines Wellenabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
2 ist eine Seitenansicht des Verbundkupplungswellenaufbaus von 1, die den Kernabschnitt gestrichelt zeigt;
3a ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Wellenabschnitts des Verbundkupplungswellenaufbaus entlang der Linie A-A von 2;
3b ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des Wellenabschnitts des Verbundkupplungswellenaufbaus ebenfalls entlang der Linie A-A von 2;
4a ist eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des Wellenabschnitts des Verbundkupplungswellenaufbaus ebenfalls entlang der Linie A-A von 2; und
4b ist eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des Wellenabschnitts des Verbundkupplungswellenaufbaus ebenfalls entlang der Linie A-A von 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend auf 1 und 2 ist bei 10 eine Verbundkupplungswelle oder ein Verbundkupplungswellenaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Verbundkupplungswellenaufbau 10 umfasst eine ringförmige Nabe oder einen ringförmigen Nabenabschnitt 12 mit einer Welle oder einem Wellenabschnitt 14, die oder der sich hiervon erstreckt. Die Nabe 12 und die Welle 14 können einstückig als ein einziges Stück ausgebildet sein oder können zwei Stücke sein, die miteinander verbunden sind. Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist der Wellenaufbau 10 eine vierte Kupplungswelle für ein Fahrzeuggetriebe. Somit ist die Nabe 12 ausgestaltet, um mit einer Kupplung (nicht gezeigt) zusammenwirken zu können, während die Welle 14 ausgestaltet ist, um ein Zahnrad (nicht gezeigt) zu tragen. Es sei jedoch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des erfinderischen Konzepts bei einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden kann, um ein Drehmoment zu übertragen.
Die Nabe 12 umfasst eine Umfangswand 16 mit einer Mehrzahl von Zähnen 18, die von dieser radial vorstehen. Die Mehrzahl von Zähnen 18 erstreckt sich vorzugsweise um den gesamten Umfang der Umfangswand 16. Schmiermittelöffnungen 20 erstrecken sich durch mindestens einige der Mehrzahl von Zähnen 18, um einem Schmiermittel zu ermöglichen, in die und aus der Verbundkupplungswelle 10 zu strömen. Die Nabe 12 ist vorzugsweise ausgestaltet, um die Kupplung in dem Fahrzeuggetriebe einzurücken. Wenn die Kupplung eingerückt ist, übertragen verzahnte Kupplungsplatten ein Drehmoment von der Kupplung zu der Nabe 12 für eine im Wesentlichen unitäre Drehung hiermit.
Die Welle 14 erstreckt sich von der Nabe 12 zu einem verzahnten Endabschnitt 22. Verzahnungen 24 sind an einer Außenfläche 26 der Welle 14 an dem verzahnten Endabschnitt 22 ausgebildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Verzahnungen 24 um die gesamte Außenfläche 26 der Welle 14. Die Verzahnungen 24 sind vorzugsweise ausgestaltet, um ein Zahnrad zu tragen. Vorzugsweise werden die Verzahnungen 24 nach der Herstellung induktionsgehärtet, wodurch ein durch das Zahnrad verursachter Verzahnungsverschleiß reduziert wird.
Bezug nehmend auf 3a umfasst die Welle 14 der vorliegenden Erfindung einen im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt 28 mit einem darin angeordneten inneren Kernabschnitt 30. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Kernabschnitt 30 im Wesentlichen von einem Ende 31 über die Länge der Welle 14, wie in 2 gestrichelt gezeigt. Fachleute werden erkennen, dass sich der Kernabschnitt 30 über weniger als die Länge der Welle 14 erstrecken kann, wenn Entwurfsbeschränkungen der Verbundkupplungswelle 10 dies vorschreiben. Vorzugsweise ist der Kernabschnitt 30 in den rohrförmigen äußeren Abschnitt 28 pressgepasst; Fachleute werden jedoch andere Verfahren erkennen, die dazu dienen, den Kernabschnitt 30 relativ zu dem äußeren Abschnitt 28 zu halten, wie beispielsweise ein Anhaften oder ein Verker ben. 3a zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Querschnittsansicht der Welle 14 den äußeren Abschnitt 28 und den inneren Kernabschnitt 30 zeigt. Der innere Kernabschnitt 30 kann massiv oder hohl sein. 3b zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Querschnittsansicht der Welle 14 einen Kernabschnitt 30' darstellt, der ein hohles Zentrum 33 definiert.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Welle 14 in 3a und 3b wäre, die Kernabschnitte 30 und 30' aus einem starren Material mit einer hohen internen Dämpfungseigenschaft auszubilden, wie beispielsweise Grauguss. Graugusskernabschnitte, wie beispielsweise 30 und 30', wären in einen äußeren Abschnitt aus Stahl, wie beispielsweise 28, mit einer bekannten oder vorbestimmten internen Dämpfungseigenschaft pressgepasst. Der Grauguss weist ungefähr die Hälfte der Starrheit von Stahl auf, weist jedoch nahezu achtzig Mal die interne Dämpfung von abgeschrecktem und angelassenem Karbonstahl mit einer Martensit-Mikrostruktur auf. Die Dämpfungseigenschaft der Welle 14 ist somit im Vergleich zu hohlen oder massiven Wellen, die aus einem einzigen Material gebildet sind, verbessert. Diese erhöhte Dämpfungseigenschaft wird ohne Ändern der Außenabmessungen der Welle 14 oder erhebliches Erhöhen von Spannungen in dem Stahl, der den äußeren Abschnitt 28 bildet, erreicht.
Eine dritte bzw. vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4a bzw. 4b gezeigt. In 4a ist ein Querschnitt einer Welle 14' gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Welle 14' aus einem vergütbaren Material, wie beispielsweise Stahl, gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird der äußere Abschnitt 28' dadurch ausgebildet, dass die Welle 14' bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausreichend vergütet wird, während der Kernabschnitt 30'' unbeeinflusst gelassen wird. Dadurch behält der Kernabschnitt 30'' im Vergleich zu dem äußeren Abschnitt 28' eine hohe inter ne Dämpfung. 4b ist eine Querschnittsansicht der Welle 14', die einen Kernabschnitt 30''' zeigt, welcher ein hohles Zentrum 33 ähnlich dem in 3b gezeigten definiert.
Zum Beispiel kann bei den in 4a und 4b gezeigten Ausführungsformen die Welle 14' aus Stahl hergestellt sein. Die Welle 14' kann ausreichend vergütet sein, um in dem äußeren Abschnitt 28' eine Martensit-Struktur auszubilden, während die Kernabschnitte 30'' und 30''' eine Ferrit-Mikrostruktur behalten, die ungefähr achtmal die interne Dämpfung von Stahl mit einer Martensit-Mikrostruktur aufweist. Die Welle 14' weist für sowohl den äußeren Abschnitt 28' als auch die Kernabschnitte 30'' und 30''' eine größere Dämpfungsfähigkeit als eine Welle mit einer Martensit-Mikrostruktur auf.
Fachleute werden erkennen, dass die relativen radialen Dicken der äußeren Abschnitte 28, 28' und der Kernabschnitte 30, 30', 30'' und 30''' durch Konstruktionsbeschränkungen, wie beispielsweise eine Torsionslast an der Welle 14, 14', vorgeschrieben sind. Die Verbundkupplungswelle 10 der vorliegenden Erfindung kann unerwünschte Geräusche und Schwingungen in dem Lastschaltgetriebe durch Erhöhen der Dämpfungseffektivität der Welle 14 und 14' reduzieren.
Während die geeignetsten Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, sei angemerkt, dass die verwendete Terminologie die Natur von Worten und einer Beschreibung anstatt einer Beschränkung aufweisen soll. Fachleute, die diese Erfindung betrifft, werden erkennen, dass im Hinblick auf die obigen Lehren viele Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Es sei daher angemerkt, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprü che anders als hierin spezifisch beschrieben in einer im Wesentlichen äquivalenten Weise ausgeführt werden kann.

Claims

Verbundkupplungswelle, umfassend: eine Nabe; eine Welle, die sich von der Nabe erstreckt; wobei die Welle einen Kernabschnitt aufweist, der in einem im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt angeordnet ist, wobei der rohrförmige äußere Abschnitt aus einem ersten Material mit einer vorbestimmten internen Dämpfungseigenschaft ausgebildet ist; und wobei der Kernabschnitt aus einem zweiten Material gebildet ist, welches eine höhere interne Dämpfungseigenschaft als das erste Material aufweist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei der Kernabschnitt massiv ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei der Kernabschnitt hohl ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei das zweite Material Grauguss ist und das erste Material Stahl ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei der Kernabschnitt in den im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt pressgepasst ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei sich der Kernabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge der Welle erstreckt.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 1, wobei das zweite Material eine interne Dämpfungseigenschaft aufweist, die erheblich höher ist als die interne Dämpfungseigenschaft des ersten Materials.
Verbundkupplungswelle, umfassend: eine Nabe mit einer Welle, die sich von dieser erstreckt; wobei die Welle aus einem vergütbaren Material gebildet ist; wobei die Welle einen vergüteten äußeren Abschnitt, der eine vorbestimmte interne Dämpfungseigenschaft aufweist, und einen nicht vergüteten Kernabschnitt aufweist; und wobei der nicht vergütete Kernabschnitt eine höhere interne Dämpfungseigenschaft als der vergütete äußere Abschnitt aufweist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 8, wobei die Welle aus Stahl gebildet ist, wobei der äußere Abschnitt vergütet ist, um eine Martensit-Mikrostruktur auszubilden, und der Kernabschnitt aus Ferrit-Stahl besteht.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 8, wobei die Welle massiv ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 8, wobei die Welle hohl ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 8, wobei die Welle zylinderförmig und bis zu einer Tiefe von ungefähr der Hälfte der radialen Dicke der Welle vergütet ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 8, wobei der nicht vergütete Kernabschnitt eine interne Dämpfungseigenschaft aufweist, die erheblich höher ist als die interne Dämpfungseigenschaft des vergüteten äußeren Abschnitts.
Verbundkupplungswelle, umfassend: eine Nabe; eine Welle, die sich von der Nabe erstreckt; wobei die Welle einen Kernabschnitt aufweist, der in einem im Wesentlichen rohrförmigen äußeren Abschnitt angeordnet ist, wobei der im Wesentlichen rohrförmige äußere Abschnitt aus einem ersten Material mit einer vorbestimmten internen Dämpfungseigenschaft gebildet ist; wobei der Kernabschnitt aus einem zweiten Material gebildet ist, welches eine höhere interne Dämpfungseigenschaft als das erste Material aufweist; und wobei der Kernabschnitt aus Grauguss gebildet ist und der äußere Abschnitt aus Stahl gebildet ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 14, wobei die Welle massiv ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 14, wobei die Welle hohl ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 14, wobei der Kernabschnitt in den im Wesentlichen zylinderförmigen äußeren Abschnitt pressgepasst ist.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 14, wobei sich der Kernabschnitt im Wesentlichen über die gesamte Länge der Welle erstreckt.
Verbundkupplungswelle nach Anspruch 14, wobei das zweite Material eine interne Dämpfungseigenschaft aufweist, die erheblich höher ist als die interne Dämpfungseigenschaft des ersten Materials.