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Die Erfindung betrifft eine Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle eines Fahrzeuges, und insbesondere eine Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle eines Fahrzeuges, welche eine Flanschwelle, die eine vordere Welle der Gelenkwelle mit einer hinteren Welle der Gelenkwelle verbindet, bewegbar abstützt und die Flanschwelle an einer Fahrzeugkarosserie fixiert.
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Eine Gelenkwelle überträgt eine Antriebsleistung zwischen einem Getriebe (oder einem Verteilergetriebe) und einem hinteren Differential eines Fahrzeuges mit Vierrad- oder Hinterradantrieb. Die Gelenkwelle kann durch Erzeugung von Vibrationen leicht beschädigt werden, wenn sie in der Länge zunimmt, da sie mit hohen Geschwindigkeiten gedreht wird, während sie ein kontinuierliches Torsionsmoment aufnimmt, und verwendet daher eine geteilte Struktur. Im Allgemeinen ist die Gelenkwelle derart konfiguriert, dass sie drei Gelenke und zwei Rohre verwendet.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Gelenkwelle, und 2 ist ein Schnitt einer mittleren Lager- und Halteranordnung, die an der herkömmlichen Gelenkwelle montiert ist.
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Wie in 1 gezeigt, ist eine herkömmliche Gelenkwelle 10 zwischen einem Getriebe (oder einem Verteilergetriebe) und einem hinteren Differential angeordnet und als eine Struktur konfiguriert, die drei Gelenke und zwei rohrförmige Wellen 4 und 5 verwendet und geeignet ist, eine Verschiebebewegung (Variation in der Länge und dem Beugungswinkel der Gelenkwelle) zu absorbieren, die durch die Bewegung des Getriebes und des hinteren Differentials während der Fahrt des Fahrzeuges verursacht wird. Die Gelenke sind an einem Antriebsteil 1, das mit dem Getriebe gekuppelt ist, einem Abtriebsteil 2, das mit dem hinteren Differential gekuppelt ist, und einem Mittelteil 3 angeordnet, das die beiden Wellen 4 und 5 miteinander verbindet.
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Jedes von dem Antriebsteil 1, dem Abtriebsteil 2 und dem Mittelteil 3 hat eine Keilwellenverbindungsstruktur. Das Mittelteil 3 ist an einer Fahrzeugkarosserie mittels einer mittleren Lager- und Halteranordnung 6 fixiert, welche die Gelenkwelle 10 abstützt, die durch ihre Drehung eine Antriebsleistung überträgt.
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Wie in 2 gezeigt, weist die mittlere Lager- und Halteranordnung 6, die eine Flanschwelle A, welche die vordere Welle 4 und die hintere Welle 5 der Gelenkwelle 10 miteinander verbindet, drehbar abstützt und die Flanschwelle A an einer Fahrzeugkaroserie fixiert, im Allgemeinen ein Lager 7, einen Isolator 8 und einen Halter 9 auf. Ein Innenring des Lagers 7 drückt und trägt die rotierende Gelenkwelle 10. Der Isolator 8 ist zwischen einem Außenring des Lagers 7 und dem Halter 9 angeordnet und dient dazu, die Gelenkwelle 10 abzustützen, um das Verlagerungsverhalten der Gelenkwelle 10 zu steuern und die Vibrationen (z.B. eines Antriebssystems), die von jedem Teil an die Fahrzeugkarosserie übertragen werden, zu isolieren (reduzieren). Der Halter 9 ist z.B. mittels Schrauben oder Muttern an der Fahrzeugkarosserie fixiert.
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Währenddessen kann die Bewegung des Getriebes und des hinteren Differentials (Wanken des Getriebes und Nicken des hinteren Differentials) beim Beschleunigen/Verzögern und Bremsen eines Fahrzeuges auftreten, da das Getriebe und das hintere Differential mittels elastischem Material, wie z.B. Gummi, an einem Fahrzeugkarosserierahmen und einem Hilfsrahmen flexibel montiert sind. Wenn die Bewegung an die Gelenkwelle übertragen wird, kann dies eine große Verlagerung der Gelenkwelle bewirken.
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Außerdem kann die Bewegung (z.B. Vorwärts/Rückwärts-, Links/Rechts- und Aufwärts/Abwärts-Bewegung) der Gelenkwelle z.B. entsprechend den Fahrbedingungen, der Belastungsvariation und den Fahrbahnbedingungen auftreten.
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Dementsprechend erfordert die Gelenkwelle im Wesentlichen eine Struktur, die geeignet ist, verschiedene Bewegungsarten, die entsprechend den Fahrbedingungen verursacht werden, zu absorbieren.
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Im Falle der mittleren Lager- und Halteranordnung 6, die das Mittelteil 3 der Gelenkwelle 10 drehbar abstützt und das Mittelteil 3 an der Fahrzeugkarosserie fixiert, wird der Isolator 8 proportional zu einem Bewegungsgrad der Gelenkwelle 10 verformt, während die Gelenkwelle 10 die oben beschriebene Bewegung erfährt, da das Lager 7 zusammen mit der Gelenkwelle 10 bewegt wird, der Halter 9 an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist, und der Isolator 8 das Lager 7 und den Halter 9 miteinander verbindet. Außerdem kann der Isolator 8 ungeachtet der Bewegung der Gelenkwelle 10 in einem permanent verformten Zustand entsprechend einem Anfangskonfigurationszustand (Einbauwinkel und Einbaupositionen des Getriebes und des hinteren Differentials) montiert werden.
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Das heißt, der Isolator 8 dient nicht nur dazu, die von dem Getriebe über die Gelenkwelle an die Fahrzeugkarosserie übertragenen Vibrationen oder die in der Gelenkwelle erzeugten Vibrationen (durch Unwucht eines Drehkörpers oder Gelenkcharakteristika erzeugte Vibrationen) zu isolieren, sondern auch eine große Verlagerung (Variation in der Länge und dem Beugungswinkel der Gelenkwelle) zu absorbieren, die durch die Bewegung des Getriebes und des Differentials verursacht wird.
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Wenngleich die Steifigkeit des Isolators zwischen dem Lager 7 und dem Halter 9 gering (weich) gesetzt werden kann, um die Vibrationsisolation zu maximieren, kann dies bewirken, dass der Isolator selbst bei geringer Belastung leicht verformt werden kann, wodurch die Haltbarkeit verschlechtert wird. Umgekehrt, wenn die Steifigkeit des Isolators hoch (hart) gesetzt wird, kann dies für die Verlagerungssteuerung oder die Haltbarkeit vorteilhaft sein, jedoch das Vibrationsisolationsvermögen verschlechtern, wodurch Probleme von Geräusch, Vibration und Härte (NVH) leicht verursacht werden. Außerdem wirkt die Vibrationsisolation als Widerstand gegen eine Variation in der Länge und dem Beugungswinkel der Gelenkwelle, die während der Bewegung des Getriebes und des hinteren Differentials verursacht wird, und kann daher andere Nebenerscheinungen bewirken.
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Mit der Erfindung wird eine Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle eines Fahrzeuges geschaffen, welche geeignet ist, eine hohe Vibrationsisolation und Haltbarkeit bei sowohl großer als auch geringer Verlagerung der Gelenkwelle durch eine Doppellagerstruktur zu erzielen.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung kann eine Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle eines Fahrzeuges eine innere Lagervorrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Flanschwelle, die zwischen einer vorderen Welle und einer hinteren Welle der Gelenkwelle angeschlossen ist, axial bewegbar abstützt, eine äußere Lagervorrichtung, die an der Außenseite der inneren Lagervorrichtung derart montiert ist, dass sie die Flanschwelle axial drehbar abstützt, und einen Isolator aufweisen, der zwischen der Außenseite der äußeren Lagervorrichtung und einem an einer Fahrzeugkarosserie fixierten Halter in einer elastisch verformbaren Weise montiert ist.
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Die innere Lagervorrichtung kann ein inneres Rohr, das eine Außenumfangsfläche der Flanschwelle umschließt, und eine Mehrzahl von inneren Kugeln aufweisen, die zwischen der Flanschwelle und dem inneren Rohr drehbar abgestützt sind.
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Ein innerer Kugelkäfig kann an der Innenseite des inneren Rohres derart angeordnet sein, dass er eine konstante Raumdistanz und Anordnung der inneren Kugeln aufrechterhält und die inneren Kugeln axial bewegbar abstützt.
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Die Außenumfangsfläche der Flanschwelle und eine Innenumfangsfläche des inneren Rohres können mit Kugelrillen versehen sein, die für einen stabilisierten Sitz der inneren Kugeln in der Axialrichtung ausgebildet sind und in einer Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind.
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Die äußere Lagervorrichtung kann einen Innenring, der eine Außenumfangsfläche der inneren Lagervorrichtung umschließt, einen Außenring, der von einer Innenumfangsfläche des Isolators umgeben ist, und eine Mehrzahl von äußeren Kugeln aufweisen, die zwischen dem Innenring und dem Außenring in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und drehbar abgestützt sind.
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Der Außenring kann eine sphärische Innenumfangsfläche aufweisen, welche die innere Lagervorrichtung umschließt, der Innenring kann eine in seiner Außenumfangsfläche ausgebildete Kugelrille für den Sitz der äußeren Kugeln aufweisen, und die äußeren Kugeln können entlang der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes zwischen der sphärischen Innenumfangsfläche und den Kugelrillen bewegbar sein.
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Ein Kugelstopper kann zwischen dem Außenring und der inneren Lagervorrichtung derart vorgesehen sein, dass er die Bewegung der äußeren Kugeln entlang der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes begrenzt.
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Eine erste Seite des Kugelstoppers kann im engen Kontakt mit der Außenumfangsfläche der inneren Lagervorrichtung fixiert sein, und eine zweite Seite des Kugelstoppers kann mit einem Dichtungsabschnitt versehen sein, der elastisch im engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Außenringes steht.
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Ein Haltering kann an der einen Seite der Flanschwelle derart montiert sein, dass eine axiale Trennung der inneren Lagervorrichtung verhindert wird.
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Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ allgemeine Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, die Geländewagen (SUV) einschließen, Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, die eine Vielfalt von Booten und Schiffen einschließen, Luftfahrzeuge, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Antriebsquellen, zum Beispiel sowohl Benzinantrieb als auch Elektroantrieb aufweist.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Gelenkwelle;
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2 einen Schnitt einer mittleren Lager- und Halteranordnung, die an der herkömmlichen Gelenkwelle montiert ist;
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3A und 3B teilweise weggebrochene perspektivische Ansichten einer äußeren Konfiguration einer Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle eines Fahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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4 einen Schnitt der Mittelstützvorrichtung für die Gelenkwelle des Fahrzeuges gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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5 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 4;
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6 eine Ansicht einiger Teile der Mittelstützvorrichtung für die Gelenkwelle des Fahrzeuges gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine Ansicht eines Außenringes der Mittelstützvorrichtung für die Gelenkwelle des Fahrzeuges gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
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8 bis 11 Ansichten zur Erläuterung der Funktion der Mittelstützvorrichtung für die Gelenkwelle des Fahrzeuges gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der zuvor beschriebenen herkömmlichen mittleren Lager- und Halteranordnung für die Gelenkwelle dient der Isolator nicht nur dazu, Vibrationen der Gelenkwelle zu isolieren, sondern auch eine große Verlagerung (Variation in der Länge und dem Beugungswinkel) der Gelenkwelle zu absorbieren, die durch die Bewegung des Getriebes und des hinteren Differentials unter verschiedenen Fahrbedingungen verursacht wird. Daher erfordert der Isolator die Gestaltung einer komplizierten Struktur, um sowohl dem Verhalten von Geräusch, Vibration und Härte (NVH) als auch der Haltbarkeit gerecht zu werden, und selbst wenn der Isolator in dieser Struktur gestaltet ist, kann der Isolator häufig Haltbarkeitsmängel und NVH-Probleme infolge der Verhaltensabweichung erfahren.
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Dementsprechend wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Funktion der Vibrationsisolation und die Funktion der großen Verlagerungsabsorption des Isolators, die in der herkömmlichen mittleren Lager- und Halteranordnung einbezogen sind, unabhängig voneinander zu trennen, wodurch das NVH-Verhalten und die Haltbarkeit verbessert werden und die Verhaltensabweichung reduziert wird, um eine erhöhte Steifigkeit zu erreichen.
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Mit Bezug auf die 3A bis 5 ist eine Mittelstützvorrichtung für eine Gelenkwelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet ist, zwischen einer Flanschwelle 230 der Gelenkwelle 200 und einer Fahrzeugkarosserie montiert dient dazu, die Vibration und Verlagerung der Gelenkwelle zu absorbieren. Die Mittelstützvorrichtung 100 weist im Allgemeinen eine innere Lagervorrichtung 110, eine äußere Lagervorrichtung 120 und einen Isolator 130 auf.
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Die innere Lagervorrichtung 110 dient dazu, die Flanschwelle 230, die zwischen einer vorderen Welle 210 und einer hinteren Welle 220 der Gelenkwelle 200 angeschlossen ist, axial bewegbar abzustützen. Die innere Lagervorrichtung 110 weist ein inneres Rohr 112, eine Mehrzahl von inneren Kugeln 114 und einen inneren Kugelkäfig 116 auf.
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Wie in 6 gezeigt, hat das innere Rohr 112 die Form eines Zylinders, der den Außenumfang der Flanschwelle 230 umschließt. Eine Mehrzahl von Kugelrillen 113 sind in Axialrichtung in der Innenumfangsfläche des inneren Rohres 112 ausgebildet und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnet.
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Die inneren Kugeln 114 sind in der Axialrichtung und der Umfangsrichtung angeordnet und zwischen der Flanschwelle 230 und dem inneren Rohr 112 drehbar abgestützt. Der zylindrische innere Kugelkä116, der einer Mehrzahl von Öffnungen aufweist, dient dazu, eine konstante Raumdistanz und Anordnung der inneren Kugeln 114 zu halten und die inneren Kugeln 114 axial bewegbar abzustützen.
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Der innere Kugelkä116 hat die Form eines Zylinders, der den Innenumfang des inneren Rohres 112 und den Außenumfang der Flanschwelle 230 umschließt. Die Öffnungen des inneren Kugelkä116 sind in der Axialrichtung und der Umfangsrichtung zum Einsetzen der inneren Kugeln 114 angeordnet.
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Die Flanschwelle 230 ist an ihrer einen Seite mit einem Ende der vorderen Welle 210 durch Schweißen verbunden, und die andere Seite der Flanschwelle 230 ist der Form einer Keilwellenverbindung in ein Mittelgelenk 240 eingesetzt. Kugelrillen 232 sind in einem Seitenbereich der Außenumfangsfläche der Flanschwelle 230 ausgebildet und in Umfangsrichtung im Abstand voneinander derart angeordnet, dass die inneren Kugeln 114 in den Kugelrillen 232 stabil sitzen. Die Kugelrillen 232 sind wie die Kugelrillen 113 des inneren Rohres 112 axial ausgebildet.
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Die innere Lagervorrichtung 110 stützt die Flanschwelle 230 durch die inneren Kugeln 114 während einer Axialbewegung der Flanschwelle 230 ab, wodurch eine Variation in der axialen Länge der Gelenkwelle 200 infolge einer großen Verlagerung absorbiert wird, wie in 8 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt stützen die inneren Kugeln 114 die sich axial bewegende Flanschwelle 230 ab, während sie sich in den Kugelrillen 232 und 113 der Flanschwelle 230 und des inneren Rohres 112 stabil drehen.
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Außerdem ist ein Haltering 234 auf die eine Seite der Flanschwelle 230 aufgepresst, um eine axiale Trennung der inneren Lagervorrichtung 110 zu verhindern.
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Außerdem ist, wie in den 3A bis 5 gezeigt, die äußere Lagervorrichtung 120 an der Außenseite der inneren Lagervorrichtung 110 montiert und dient dazu, die Flanschwelle 230 axial drehbar abzustützen und eine Variation in dem Beugungswinkel der Gelenkwelle 200 infolge einer großen Verlagerung zu absorbieren. Die äußere Lagervorrichtung 120 weist einen Innenring 122, einen Außenring 124 und eine Mehrzahl von äußeren Kugeln 126 auf.
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Der Innenring 122 ist an der Außenumfangsfläche der inneren Lagervorrichtung 110 montiert und benachbart zu der Außenumfangsfläche des inneren Rohres 112 angeordnet. Der Innenring 122 weist eine sphärische Außenumfangsfläche auf, die in einer gerundeten Form konvex erhöht ist und zwei darin ausgebildete umlaufende Kugelrillen 123 aufweist.
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Die äußeren Kugeln 126 sitzen in den jeweiligen Kugelrillen 123 derart, dass sie in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein äußerer Kugelkäfig 128 ist zwischen den äußeren Kugeln 126 angeordnet, die in den jeweiligen Kugelrillen 123 sitzen.
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Der Außenring 124 ist an der Innenumfangsfläche des Isolators 130 montiert und in einem konstanten Abstand von dem Innenring 122 nach außen angeordnet. Wie in 7 gezeigt, weist der Außenring 124 eine sphärische Innenumfangsfläche auf, die in einer gerundeten Form derart konkav ausgebildet ist, dass sie mit der Form der Außenumfangsfläche des Innenringes 122 korrespondiert.
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Die äußeren Kugeln 126 sind in der Umfangsrichtung zwischen dem Innenring 122 und dem Außenring 124 angeordnet und zwischen den Kugelrillen 123 des Innenringes 122 und der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124 drehbar abgestützt.
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Wie in 10 gezeigt, werden die äußeren Kugeln 126 entlang der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124 zwischen der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124 und den Kugelrillen 123 bewegt, wenn die Flanschwelle 230 und die innere Lagervorrichtung 110 zu der einen Seite gekippt werden, wodurch die Flanschwelle 230 abgestützt wird und eine Variation in dem Beugungswinkel der Gelenkwelle 200 infolge einer großen Verlagerung absorbiert wird.
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Zu diesem Zeitpunkt ist, um die Bewegung der äußeren Kugeln 126, die sich entlang der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124 bewegen, zu begrenzen, ein Kugelstopper 118 zwischen der Innenumfangsfläche des Außenringes 124 und der Außenumfangsfläche des inneren Rohres 112 montiert.
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Wenn die Gelenkwelle 200 gekippt wird, wird die eine Seite des Kugelstoppers 118, die mit einem Dichtungsabschnitt 119 versehen ist, bewegt, während sie in einem Zustand, in dem die andere Seite des Kugelstoppers 118 im engen Kontakt mit der Außenumfangsfläche des inneren Rohres 112 an dieser fixiert ist, mit der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124 im engen Kontakt steht. Zu diesem Zweck ist der Dichtungsabschnitt 119 an der einen Seite des Kugelstoppers 118 derart vorgesehen, dass er mit der Innenumfangsfläche des Außenringes 124 elastisch im engen Kontakt steht.
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Der Dichtungsabschnitt bleibt elastisch im engen Kontakt mit der sphärischen Innenumfangsfläche des Außenringes 124, wenn die innere Lagervorrichtung 110 und die Flanschwelle 230 zu der einen Seite gekippt werden, wodurch Leckage von Öl, das in einem Raum eingefüllt ist, der von dem Außenring 124, dem Innenring 122 und dem Kugelstopper 118 umgeben ist, verhindert wird.
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Die äußere Lagervorrichtung 120 mit der oben beschriebenen Konfiguration, wie in den 9 und 10 gezeigt, dient dazu, die Flanschwelle 230 axial drehbar abzustützen und die Variation in dem Beugungswinkel der Gelenkwelle 200 infolge einer großen Verlagerung zu absorbieren.
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Der Isolator 130 ist zwischen der Außenumfangsfläche der äußeren Lagervorrichtung 120 und einem Halter 140 montiert, der mit der Fahrzeugkarosserie fest gekuppelt ist. Wie in 11 gezeigt, dient der Isolator 130 dazu, in der Gelenkwelle 200 erzeugte Vibrationen zu isolieren und eine geringe Verlagerung infolge von Vibration zu absorbieren. Der Isolator 130 ist aus einem Gummimaterial geformt, das elastisch verformbar ist und eine Vibrationsisolation und Absorption einer geringen Verlagerung ermöglicht.
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Währenddessen ist eine Abdeckung 102 mit einer Öffnung 103 zum Hindurchtreten der Flanschwelle 230 an dem Außenring 124 montiert. Die Öffnung 103 hat einen größeren Durchmesser als ein Durchmesser der Flanschwelle 230, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der Gelenkwelle 200 zu verhindern, welche die Flanschwelle 230 aufweist.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, dient bei der Mittelstützvorrichtung für die Gelenkwelle des Fahrzeuges gemäß der Erfindung der Isolator 130 dazu, Vibrationen zu isolieren und eine geringe Verlagerung infolge von Vibration zu absorbieren, was eine Gestaltung der Mittelstützvorrichtung derart ermöglicht, dass ein maximales NVH-Verhalten erzielt wird. Außerdem kann eine Doppellagerstruktur mit äußeren Kugeln und inneren Kugeln eine große Verlagerung (Variation in dem Beugungswinkel und der Länge der Gelenkwelle) absorbieren, die durch die Bewegung eines Getriebes und eines hinteren Differentials verursacht wird, was zu einer nur sehr geringen Verformung des Isolators nach der Erzeugung einer großen Verlagerung und folglich zu einer verbesserten Haltbarkeit führt. Außerdem kann infolge einer Trennung der Funktionen des herkömmlichen Isolators die Doppellagerstruktur einer Vibrationsisolation und Haltbarkeit bei sowohl großer als auch geringer Verlagerung der Gelenkwelle gerecht werden, wodurch eine hohe Steifigkeit ohne Verschlechterung des NVH-Verhaltens und der Haltbarkeit erreicht wird.
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Außerdem kann durch die Trennung der Funktionen, wie oben beschrieben, die Erfindung vorteilhafterweise eine vereinfachte Isolatorstruktur im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur schaffen und eine verbesserte Steifigkeitseinstellfreiheit und eine reduzierte Entwicklungsdauer erzielen.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „oben“, „unten“, „innen“, „außen“ usw. verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsform in Bezug auf die Positionen dieser Merkmale in den Figuren zu beschreiben.
