DE102018100372A1

DE102018100372A1 - Wellenbaugruppe mit innerem, uv-gehärtetem auswuchtgewicht

Info

Publication number: DE102018100372A1
Application number: DE102018100372.2A
Authority: DE
Inventors: Charles G. Stuart
Original assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Current assignee: American Axle and Manufacturing Inc
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US20180195578A1; CN108286561B; US10316932B2; US11047450B2; US20190257386A1; CN108286561A

Abstract

Ein Verfahren für das Ausbilden einer Wellenbaugruppe beinhaltet: Bereitstellen einer Wellenstruktur, wobei die Wellenstruktur eine Welle und ein Universalgelenkelement umfasst, das an ein Ende der Welle gekoppelt ist; Einsetzen des Gewichtselements in die Wellenstruktur, um eine Zwischenbaugruppe auszubilden, wobei das Gewichtselement zumindest teilweise aus einem Flüssigharz ausgebildet wird, wobei die Zwischenbaugruppe eine anfängliche rotationsmäßige Unwucht hat; Drehen der Zwischenbaugruppe um eine Längsachse der Wellenstruktur, um mindestens einen Teil des Gewichtselements am Umfang um die Wellenstruktur neu zu verteilen, um die anfängliche Unwucht zumindest teilweise zu dämpfen; und Härten des Flüssigharzes während der Drehung der Zwischenbaugruppe, um den neu verteilten Teil des Gewichtselements an der Wellenstruktur zu befestigen, um dadurch ein Auswuchtgewicht auszubilden, das zumindest teilweise die anfängliche rotationsmäßige Unwucht dämpft. Eine Wellenbaugruppe wird ebenfalls bereitgestellt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Wellenbaugruppe mit innerem Auswuchtgewicht und einem zugehörigen Verfahren für die Ausbildung der Wellenbaugruppe.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen mit Bezug zur vorliegenden Offenbarung bereit, die nicht unbedingt Stand der Technik sind.
Verschiedene Wellenbaugruppen, wie Antriebswellen, die in der Automobilbranche verwendet werden, um Rotationsleistung von einem Antriebsstrang auf eine Achse oder ein Verteilergetriebe zu übertragen, müssen rotationsmäßig ausgewuchtet werden, sodass während der Verwendung der Wellenbaugruppe keine unerwünschte Vibration erzeugt wird. Bei der Herstellung moderner Automobilantriebswellen ist es gängige Praxis, ein entsprechend dimensioniertes Auswuchtgewicht an einen Teil der Antriebswelle anzuschweißen, um Unwucht zu minimieren. Diese Lösung leidet jedoch bekanntermaßen unter verschiedenen Nachteilen.
Es ist zum Beispiel wünschenswert, Automobilantriebswellen aus zunehmend dünnerwandigen Rohren auszubilden, in der Bemühung, die Kosten und Masse der Antriebswelle zu verringern. Das Schweißen von Unwuchtgewichten an solche dünnwandigen Rohre erfordert jedoch eine präzisere Kontrolle des Schweißvorgangs und kann darüber hinaus Sollbruchstellen im Rohr schaffen.
Demgemäß besteht in der Technik weiterhin ein Bedarf für eine verbesserte, rotationsmäßig ausgewuchtete Wellenbaugruppe und für ein verbessertes Verfahren für die Ausbildung einer rotationsmäßig ausgewuchteten Wellenbaugruppe.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfanges oder aller ihrer Merkmale.
In einer Form stellen die vorliegenden Lehren ein Verfahren für das Ausbilden einer Wellenbaugruppe bereit. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen einer Wellenstruktur, wobei die Wellenstruktur eine Welle und ein Universalgelenkelement umfasst, das an ein Ende der Welle gekoppelt ist; Einsetzen des Gewichtselements in die Wellenstruktur, um eine Zwischenbaugruppe auszubilden, wobei das Gewichtselement zumindest teilweise aus einem Flüssigharz ausgebildet wird, wobei die Zwischenbaugruppe eine anfängliche rotationsmäßige Unwucht hat; Drehen der Zwischenbaugruppe um eine Längsachse der Wellenstruktur, um mindestens einen Teil des Gewichtselements am Umfang um die Wellenstruktur neu zu verteilen, um die anfängliche Unwucht zumindest teilweise zu dämpfen; und Härten des Flüssigharzes während der Drehung der Zwischenbaugruppe, um den neu verteilten Teil des Gewichtselements an der Wellenstruktur zu befestigen, um dadurch ein Auswuchtgewicht auszubilden, das zumindest teilweise die anfängliche rotationsmäßige Unwucht dämpft.
In einer anderen Form stellen die vorliegenden Lehren eine Wellenbaugruppe bereit, die eine Wellenstruktur und ein Auswuchtgewicht beinhaltet. Die Wellenstruktur hat eine Welle und ein Universalgelenkelement, das an ein Ende der Welle gekoppelt ist und eine hohle innere Zone definiert. Das Auswuchtgewicht wird in der hohlen inneren Zone aufgenommen und ist mit der Wellenstruktur fest gekoppelt. Das Auswuchtgewicht wird zumindest teilweise aus einem gehärteten Harz ausgebildet und ist in einer Umfangrichtung um die Längsachse der Wellenstruktur uneinheitlich verteilt. Das Auswuchtgewicht ist so ausgestaltet, dass es eine rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur um eine Längsachse der Wellenstruktur verringert.
Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der Beschreibung, die hierin bereitgestellt ist, hervor. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Kurzdarstellung sollen lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung dienen und den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine Ansicht im Seitenaufriss in einem Teilabschnitt einer beispielhaften Wellenbaugruppe, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Wellenbaugruppe von 1, die ein Auswuchtgewicht veranschaulicht, das in einem Universalgelenkelement montiert ist;
3 ist eine Längsschnittansicht eines Teils einer Wellenbaugruppe, die eine Düse für das Einspritzen eines Flüssigharzmaterials in eine Wellenstruktur darstellt;
4 ist eine 3 ähnliche Ansicht, stellt aber eine Lichtquelle dar, die in der Wellenstruktur aufgenommen wird, um das Flüssigharzmaterial zu härten;
5 ist eine 3 ähnliche Ansicht, die aber eine alternative Ausführungsform darstellt, in der eine Kartusche an der Wellenstruktur befestigt ist, wobei die Kartusche ein Gehäuse beinhaltet, das ein Flüssigharz enthält; und
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der alternativen Ausführungsform von 5, die ein Auswuchtgewicht veranschaulicht, das in einem Universalgelenkelement montiert ist.
Entsprechende Bezugsziffern kennzeichnen die jeweiligen Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf 1 der Zeichnungen ist eine beispielhafte Wellenbaugruppe, die gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist, generell durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. Die Wellenbaugruppe 10 kann jede Art von Wellenbaugruppe sein, die so gestaltet ist, dass sie Rotationsleistung überträgt, in dem speziellen bereitgestellten Beispiel jedoch ist die Wellenbaugruppe 10 eine Kardanwelle, die in dem Antriebssystem eines Fahrzeugs eingesetzt wird, um antreibende Rotationsleistung zu übertragen.
Die Wellenbaugruppe 10 kann ein Wellenelement 12, erste und zweite Universalgelenke 14 bzw. 16 und eines oder mehrere Auswuchtgewichte 18 beinhalten. Nur ein Auswuchtgewicht 18 ist in dem bereitgestellten Beispiel dargestellt, es ist aber selbstverständlich, dass eines oder mehrere Auswuchtgewichte 18 eingesetzt werden können, wenn eine Unwuchtkorrektur gewünscht wird, wie z. B. an den gegenüberliegenden Enden der Wellenbaugruppe 10. Außer wie hierin angegeben, können das Wellenelement 12 und die ersten und zweiten Universalgelenke 14 und 16 in einer herkömmlichen Weise konstruiert sein, und daher ist eine ausführliche Erörterung dieser Komponenten hierin nicht erforderlich. Kurz dargestellt kann das Wellenelement 12 eine rohrförmige Struktur sein, die aus einem zweckmäßigen Material, wie z. B. Stahl, Aluminium, Kohlenstofffaser usw., gebildet sein kann. Die ersten und zweiten Universalgelenke 14 und 16 können so ausgestaltet sein, dass sie eine relative Bewegung zwischen den Antriebsstrangkomponenten beim Übertragen von Rotationsleistung erlauben. Die ersten und zweiten Universalgelenke 14 und 16 können zum Beispiel Kardangelenke oder eine Art Gleichlaufgelenk sein. Die ersten und zweiten Universalgelenke 14 und 16 können jeweils ein Universalgelenkelement 20 beinhalten, das mit dem Wellenelement 12 fest gekoppelt sein kann, um eine Wellenstruktur 24 auszubilden.
In dem bestimmten bereitgestellten Beispiel sind die ersten und zweiten Universalgelenke 14 und 16 jeweils ein Kardangelenk und die Universalgelenkelemente 20 sind Gelenkköpfe, die mit dem Wellenelement 12 fest gekoppelt sind (z. B. über Schweißen), um die Wellenstruktur 24 auszubilden. Jeder der Gelenkköpfe kann ein Paar Arme 30 umfassen, die ein Loch 32 aufweisen, das dadurch ausgebildet ist. Die Löcher 32 in den Armen 30 sind herkömmlicherweise so ausgestaltet, dass sie Lagerbaugruppen 36 darin aufnehmen, die die Zapfen 38 einer Kreuzwelle 40 tragen.
Bezugnehmend auf 1 und 2 kann das Auswuchtgewicht 18 in einer hohlen Innenzone 42 in der Baugruppe 10 aufgenommen werden und mit der Wellenstruktur 24 für die Drehung damit fest gekoppelt sein. Die hohle Innenzone 42 könnte komplett im hohlen Inneren des Wellenelement 12 angeordnet sein, könnte komplett in einem zugehörigen der Universalgelenkelemente 20 angeordnet sein oder könnte sowohl im Wellenelement 12 als auch in einem oder beiden der Universalgelenkelemente 20 angeordnet sein.
Das Auswuchtgewicht 18 kann zumindest teilweise aus einem gehärteten Harz 44 ausgebildet sein und kann optional Partikel 46 umfassen, die aus Material mit einer Dichte ausgebildet sind, die größer ist als eine Dichte des gehärteten Harzes 44. In dem bereitgestellten Beispiel beinhaltet das Auswuchtgewicht 18 Stahlpartikel 46, die kreisförmig sind und eine Dichte haben, die etwa das 6- bis 8-fache des gehärteten Harzes 44 ist. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Partikel 46 aus einem oder mehreren verschiedenen Materialien ausgebildet sein könnten und/oder aus zwei oder mehr Größen ausgebildet sein könnten und/oder aus einer oder mehreren Formen ausgebildet sein könnten und/oder dass die eine oder die mehreren Formen eine nicht-kreisförmige Form sein könnten. Das Auswuchtgewicht 18 kann uneinheitlich in einer Umfangrichtung um eine Längsachse 50 der Wellenstruktur 24 verteilt sein, um eine rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur 24 um ihre Längsachse 50 zu verringern.
Das Material, das das Auswuchtgewicht 18 ausbildet, kann an der hohlen Innenzone 42 angebracht werden, bevor oder nachdem eines oder beide der Universalgelenkelemente 20 mit dem Wellenelement 12 fest gekoppelt wurden. Material (d. h. eine Flüssigkeit, die ein ungehärtetes Harz 44 mit den optionalen Partikeln höherer Dichte 46 darin gemischt, umfasst) kann zum Beispiel in die hohle Innenzone 42 eingespritzt werden. Die Wellenstruktur 24, mit oder ohne die Gesamtheit des ersten Universalgelenks 14 (1) und/oder des zweiten Universalgelenks 16 ( 1), kann um ihre Längsachse 50 mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die innerhalb eines vorher bestimmten Rotationsgeschwindigkeitsbereichs liegt, um das Material neu zu verteilen, und das neu verteilte Material kann gehärtet werden, während die Wellenstruktur 24 gedreht wird, um dadurch das Auswuchtgewicht 18 auszubilden. Es ist selbstverständlich, dass die Drehung der Wellenstruktur 24, während das ungehärtete Harz sich in einem flüssigen Zustand befindet, es Teilen des Materials, einschließlich der Partikel höherer Dichte 46, falls eingesetzt, erlauben, sich in einer Umfangrichtung in einer Weise neu zu verteilen, die die rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur 24 um ihre Längsachse 50 verringert. Demgemäß blockiert das Härten des Flüssigharzes 44 nach der Neuverteilung des Materials in Umfangrichtung das Material (d. h. das Harz und, falls enthalten, die Partikel höherer Dichte 46) in einer Ausrichtung in Bezug auf die Wellenstruktur 24, die die verringerte rotationsmäßige Unwucht beibehält, die vor dem Härten des Flüssigharzes 44 erhalten wurde.
Um das Härten des Flüssigharzes 44 zu beschleunigen, kann ultraviolettes (UV) Licht eingesetzt werden. UV-Licht könnte in die hohle Innenzone über jedes praktische Mittel eingeführt werden, wie z. B. über ein Loch 60, das durch ein Universalgelenkelement 20 gebildet wird, das entlang der Längsachse 50 der Wellenstruktur 24 angeordnet ist. Das Loch 60 könnte auch eingesetzt werden, um das Material in die hohle Innenzone 42 einzuführen. Bezugnehmend auf 3 kann eine Düse 70 durch das Loch 60 eingesetzt werden und das Material kann durch die Düse 70 gepumpte werden, um das Material in die hohle Innenzone 42 einzuführen. Danach, und sobald das Material neu verteilt wurde, kann eine UV-Lichtquelle 72 ( 4) durch das Loch 60 in die hohle Innenzone 42 übertragen werden, sodass UV-Licht von der UV-Lichtquelle 72 (4) das Härten des Flüssigharzes 44 im Material beschleunigen kann.
Bezugnehmend auf 5 und 6 kann ein Glühfaden 80, der aus einem Material ausgebildet ist, das UV-Licht darüber übertragen kann, wie z. B. ein glasfaseroptisches Material, eingesetzt werden, um die Übertragung des UV-Lichts in die hohle Innenzone 42 zu ermöglichen. Der Glühfaden 80 kann einen relativ kleinen Durchmesser haben, eine fadenähnliche Struktur, die UV-Licht von einer UV-Lichtquelle 84 empfangen kann, die sich außerhalb der Wellenstruktur 24 befindet und das UV-Licht zum Flüssigharz 44 in der hohlen Innenzone 42 überträgt, um das beschleunigte Härten des Flüssigharzes 44 zu ermöglichen. Optional kann eine Linse 90 mit dem Universalgelenkelement 20 gekoppelt sein und das UV-Licht sammeln und das UV-Licht zum Glühfaden 80 übertragen. In dem bereitgestellten Beispiel wird die Linse 90 im Loch 60 aufgenommen und ist sowohl mit dem Universalgelenkelement 20 als auch mit dem Glühfaden 80 fest gekoppelt.
Falls gewünscht, kann das Material M (d. h. das Flüssigharz 44 und die Partikel höherer Dichte 46, falls vorhanden) in einer Kartusche C bereitgestellt werden, die am Universalgelenkelement 20 oder am Wellenelement 12 (1) vor dem Kuppeln des Universalgelenkelements 20 am Wellenelement 12 (1) befestigt werden kann. Die Kartusche C kann zum Beispiel ein Gehäuse H beinhalten, das als Hohlringwulst oder ringförmiger oder zylindrischer Sockel geformt sein kann, und das Material M (d. h. das Flüssigharz 44 mit den Partikeln höherer Dichte 46, falls enthalten) kann im Gehäuse H aufgenommen werden. Das Gehäuse kann aus einem Material ausgebildet sein, das das Übertragen von UV-Licht dadurch ermöglicht, wie z. B. ein transparentes Kunststoffmaterial, und es kann am Wellenelement 12 und/oder dem Universalgelenkelement 20 auf jedwede gewünschte Weise befestigt sein, wie z. B. eine Pressverbindung oder eine Klebebindung. Wenn ein Glühfaden 80 eingesetzt werden soll, könnte der Glühfaden 80 mit dem Gehäuse H optional fest gekoppelt sein.
Das obige Verfahren und das Auswuchtgewicht ermöglichen das rotationsmäßige Auswuchten der Wellenbaugruppe 10, ohne die Außenfläche der Wellenbaugruppe 10 zu beeinflussen. Demgemäß wäre es möglich, die Wellenbaugruppe 10 rotationsmäßig auszuwuchten, nachdem die Wellenbaugruppe 10 mit einer Substanz, wie z. B. Lack, beschichtet wurde, die sonst das Schweißen eines Auswuchtgewichts an eine Außenfläche der Wellenbaugruppe 10 beeinträchtigen würde. Darüber hinaus könnte, falls das obige Verfahren die rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur nicht erfolgreich vollständig innerhalb vorher bestimmter Grenzen reduziert, ein anderes rotationsmäßiges Auswuchtverfahren, wie z. B. das Schweißen von Auswuchtgewichten an eine Außenfläche der Wellenstruktur 24, eingesetzt werden.
Auch wenn das Verfahren für das Ausbilden der Wellenbaugruppe 10 unter Einsatz physischer Kräfte begleitend zur Drehung der Wellenstruktur 24 um ihre Längsachse 50 beschrieben ist, ist es selbstverständlich, dass ein Magnetfeld oder andere Mittel eingesetzt werden könnten, um die Partikel höherer Dichte um den Umfang der Wellenstruktur 24 zu bewegen, um die anfängliche rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur 24 zu dämpfen. Wenn ein Magnetventil neben den physischen Kräften begleitend zur Drehung der Wellenstruktur 24 eingesetzt wird, müsste das Magnetfeld in seiner Form, Größenordnung und Ausrichtung in Bezug auf die Wellenstruktur 24 an die Unwucht angepasst werden.
Darüber hinaus ist es, während das obige Verfahren und Auswuchtgewicht 18 als in einer hohlen Innenzone der Wellenbaugruppe 10 aufgenommen beschrieben sind, selbstverständlich, dass das Auswuchtgewicht 18 (und insbesondere die Ausführungsform des Auswuchtgewichts 18, die das Gehäuse beinhaltet) fest an einer Außenfläche der Wellenstruktur 24 montiert werden kann, sodass es nicht nötig ist, UV-Licht in das Innere der Wellenstruktur 24 zu übertragen.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie ist nicht als vollständig anzusehen und gilt nicht als Einschränkung für die Offenbarung. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls untereinander austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform benutzt werden, selbst wenn dies nicht speziell dargestellt oder beschrieben ist. Diese können auch auf viele Weisen variiert werden. Solche Abwandlungen sollen nicht als Abkehr von der Offenbarung angesehen werden, und alle diese Änderungen sollen in den Geltungsbereich der Offenbarung einbezogen sein.

Claims

Wellenbaugruppe mit einer hohlen Innenzone, die Wellenbaugruppe umfassend: eine Wellenstruktur mit einer Welle und einem Universalgelenkelement, das an ein Ende der Welle gekoppelt ist; und ein Auswuchtgewicht, das in der hohlen Innenzone aufgenommen wird und mit der Wellenstruktur fest gekoppelt ist, wobei das Auswuchtgewicht zumindest teilweise aus einem gehärteten Harz ausgebildet ist, wobei das Auswuchtgewicht in einer Umfangrichtung um die Längsachse der Wellenstruktur uneinheitlich verteilt ist, wobei das Auswuchtgewicht so ausgestaltet ist, dass es eine rotationsmäßige Unwucht der Wellenstruktur um eine Längsachse der Wellenstruktur verringert.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Auswuchtgewicht Partikel umfasst, die aus einem Material mit einer Dichte ausgebildet sind, die größer ist als eine Dichte des gehärteten Harzes.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Partikel aus Stahl ausgebildet sind.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Auswuchtgewicht einen Glühfaden umfasst, der in der hohlen Innenzone in der Wellenbaugruppe aufgenommen wird, wobei der Glühfaden aus einem Material ausgebildet ist, das so ausgestaltet ist, dass es UV-Licht dadurch überträgt.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der Glühfaden sich in ein Loch erstreckt, das durch das Universalgelenkelement ausgebildet wird.
Achsbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der Flansch aus einem flexiblen Material ausgebildet ist.
Wellenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Universalgelenkelement ein Paar Arme umfasst, wobei jeder der Arme ein Loch aufweist, das dadurch ausgebildet ist.
Verfahren zum Ausbilden einer Wellenbaugruppe, das Verfahren umfassend: Bereitstellen einer Wellenstruktur, wobei die Wellenstruktur eine Welle und ein Universalgelenkelement umfasst, das an ein Ende der Welle gekoppelt ist; Einsetzen eines Gewichtselements in die Wellenstruktur, um eine Zwischenbaugruppe auszubilden, wobei das Gewichtselement zumindest teilweise aus einem Flüssigharz ausgebildet ist, wobei die Zwischenbaugruppe eine anfängliche rotationsmäßige Unwucht hat; Drehen der Zwischenbaugruppe um eine Längsachse der Wellenstruktur, um mindestens einen Teil des Gewichtselements am Umfang um die Wellenstruktur neu zu verteilen, um die anfängliche rotationsmäßige Unwucht zumindest teilweise zu dämpfen; und Härten des Flüssigharzes, während die Zwischenbaugruppe gedreht wird, um den neu verteilten Teil des Gewichtselements an der Wellenstruktur zu befestigen, um dadurch ein Auswuchtgewicht auszubilden, das zumindest teilweise die anfängliche rotationsmäßige Unwucht dämpft.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Härten des neu verteilten Teils des Gewichtselements das Übertragen von ultraviolettem Licht in die Wellenstruktur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Glühfaden über die Wellenstruktur aufgenommen wird und wobei das ultraviolette Licht in die Wellenstruktur über diesen Glühfaden übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Glühfaden axial um die Längsachse der Wellenstruktur und durch das Universalgelenkelement angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gewichtselement Partikel umfasst, die aus einem Material mit einer Dichte ausgebildet sind, die größer ist als eine Dichte des Flüssigharzes.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Partikel aus Stahl ausgebildet sind.