DE10304770A1

DE10304770A1 - Welle zur Übertragung eines Drehmoments in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10304770A1
Application number: DE10304770A
Authority: DE
Inventors: Norman Szalony; David Majors; Walt Golembiewskie; Mitch Glowacki; Kenneth Horen
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Neapco Europe GmbH
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2003-08-28
Also published as: FR2836190A1; GB2387424A; US7025167B2; GB0303578D0; GB2387424B; US20030155171A1

Abstract

Die Welle (10) ist für die Übertragung eines Drehmoments in einem Fahrzeug vorgesehen, sie weist ein erstes Teil (11), das innere Zähne (12) besitzt, und ein zweites Teil (13) auf, das äußere Zähne besitzt. Diese Zähne sind miteinander im Eingriff und es wird eine teleskopische Bewegung zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (13) ermöglicht. Die äußeren Zähne besitzen eine Beschichtung (15), um die Reibung während der teleskopischen Bewegung zu reduzieren. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Federungssystem, welches ein Vorspannungsmittel (22) und die oben beschriebene Welle (10) enthält.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Bereich Automobilbau und insbesondere auf eine verbesserte Welle für eine Übertragung von Drehmoment zwischen einem Motor und einem Rad eines Fahrzeugs.
Bei einem typischen prinzipiell mit Vorderradantrieb versehenen Fahrzeug mit Fähigkeit zum Allradantrieb sind die Hinterräder mit einem Hinterdifferential durch eine komplexe Anordnung von zwei eintauchenden Doppelgelenk Verbindungen und einer Halbwelle verbunden. Die Halbwelle ermöglicht die Übertragung des Drehmoments, während die zwei Doppelgelenke sowohl die vertikale Bewegung der Räder als auch die relative Veränderung in dem Abstand zwischen dem Rad und dem Differential ermöglichen. Das Problem dieser Anordnung sind die Kosten und das Gewicht der eintauchenden Doppelgelenk Verbindungen, welche sich zusammen auf 75% der Halbwellenverbindung belaufen. Folglich besteht in dem automobilen Bereich ein Bedarf, eine verbesserte Welle zu entwickeln, um mit herabgesetzten Kosten und ermäßigtem Gewicht das Drehmoment zwischen dem Motor und den Rädern des Fahrzeugs zu übertragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in dieser Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Montagedarstellung einer Welle, welche in Übereinstimmung mit der Lehre eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Welle, welche entlang der Schnittlinie 2-2 durchgeführt wurde;
Fig. 3 ist eine fragmentarische, perspektivische Ansicht von einem Teil einer Welle, wie in Fig. 2 ersichtlich, welche die inneren Zähne darstellt, die an der Welle des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgeformt sind; und
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Welle mit einer vorspannenden Vorrichtung gemäß der Lehre des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ist nicht bestimmt, die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern (eher) um jedwede Fachkraft im automobilen Fachgebiet zu befähigen diese Erfindung herzustellen und zu nutzen.
Wie in den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat die Welle 10 nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein erstes Teil 11, welches innere Zähne 12 hat (ersichtlich in Fig. 2) und ein zweites Teil 13, welches äußere Zähne 14 besitzt. Die äußeren Zähne 14 sind einrastfähig mit den inneren Zähnen 12, um eine teleskopische Bewegung zwischen dem ersten Teil 11 und dem zweiten Teil 13 zu ermöglichen und Drehmoment zwischen dem ersten Teil 11 und dem zweiten Teil 13 zu übertragen. Die äußeren Zähne 14 haben eine Beschichtung 15, um die Reibung während der teleskopischen Bewegung zu reduzieren.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird die Welle 10 von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem Fahrzeug benutzt, um Drehmoment zwischen dem Motor (nicht gezeigt) und einem Rad 17 des Fahrzeugs zu übertragen und genauer um das Drehmoment zwischen einer Kraftverteilungsvorrichtung 18 und den "Hilfsrädern" des Fahrzeugs mit Allradantrieb zu übertragen. Bei einem auf Allradantrieb beruhenden Vorderradantrieb sind die "Hilfsräder" die Hinterräder, während bei einem auf einem Allradantrieb beruhenden Hinterradantrieb, die "Hilfsräder" die Vorderräder sind. Bei diesen Fahrzeugen ist die Kraftverteilungsvorrichtung 18 vorzugsweise eine konventionelle Differentialvorrichtung. In dieser Umgebung fungiert die Welle 10 als Halbwelle 19 und ist vorzugsweise mit der Kraftverteilungsvorrichtung 18 mit einem ersten universellen Kardangelenk 20 verbunden und ist vorzugsweise an das Rad 17 mit einem zweiten universellen Kardangelenk 21 gekoppelt. Die Welle 10 könnte natürlich während der Federungsbewegung des Rades alternativ an andere passende Vorrichtungen gekoppelt werden und könnte in anderen angemessenen Umgebungen verwendet werden, wie zu Beispiel zwischen dem Motor und dem Differential (welches als treibende Welle, Achswelle oder als Kardanwelle fungiert), um das Drehmoment über eine gewisse Distanz zu übertragen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel enthält außerdem ein Vorspannmittel 22, welches mit der Welle 10 verbunden ist. Dieses Vorspannmittel 22, welches die Funktion erfüllt, das Fahrzeug auf dem Rad 17 zu unterstützen und Straßenschäden abzudämpfen, könnte auch eine konventionelle Sprungfeder und eine Dämpferkombination, insbesondere Stossdämpfer, eine Bandfeder mit einer Dämpferkombination, insbesondere Stossdämpfer, eine aktive Federungseinheit oder jedwede andere Vorspanneinrichtung sein. Die Halbwelle 19 ist vorzugsweise an dem Vorspannmittel 22 mit einem konventionellen Gelenk 23 angebracht, aber könnte alternativ/wahlweise an jedweder Vorrichtung angebracht werden.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind das erste Teil 11 und das zweite Teil 13 der bevorzugten Ausführungsbeispiele rund, röhrenförmig und üblicherweise hohl. Die inneren Zähne 12 sind vorzugsweise rundherum geformt auf einer inneren Oberfläche 24 des ersten Teils 11, während die äußeren Zähne 14 vorzugsweise umfangsmässig angeordnet auf einer äußeren Oberfläche des zweiten Teils 13 geformt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel sind das erste Teil 11 und das zweite Teil 13 im Wesentlichen aus Stahl. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind das erste Teil 11 und das zweite Teil 13 vorzugsweise aus jedwedem ausreichend stabilen Material, wie zum Beispiel Aluminium, Magnesium, oder einem Verbundwerkstoff, um das Drehmoment zwischen dem Motor und dem Rad des Fahrzeugs ohne wesentliche Verformung zu übertragen.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ermöglichen die inneren Zähne 12 des bevorzugten Ausführungsbeispiels verhältnismäßig weitreichende Kontaktflächen (oder Arbeitsflächen). Bei dem Ausführungsbeispiel haben die inneren Zähne 12 einen Teildurchmesser 26, dies entspricht ca. 25 bis 100 mm. Diese Zähne ermöglichen eine bessere Verteilung der Aallasten, welche auf das erste Teil und das zweite Teil weitergegeben bzw. übertragen werden und erlauben, den Gesamtverschleiß der inneren Zähnen 12 zu reduzieren und die Lebens- und Betriebsdauer zu erhöhen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet jede Stirnwand 27 jedes Zahns kooperativ einen Winkel 28 von ungefähr sechzig Grad (60°), obwohl auch andere axiale Anordnungen verwendet werden können. Ferner, auch wenn nur ein Teilstück der inneren Zähnen 12 des ersten Teils 11 in Fig. 3 gezeigt ist, sollte es klar sein, dass die äußeren Zähne im Wesentlichen gleichartig sind.
Das zweite Teil 13 ist so angepasst, dass es teleskopisch in das erste Teil 11 während der Federungsbewegung des Rades eingreift und es wird somit den inneren Zähnen 12 und den äußeren Zähnen 14 ermöglicht, zusammenwirkend ineinander zu greifen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, dient die Beschichtung 15 der äußeren Zähne 14 dazu, die Reibung während der teleskopischen Bewegung des ersten Teils 11 und des zweiten Teils 13 zu vermindern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung 15 aus Wolframdisulfid, welches unter dem Markennamen MicroBlue® von Material Technologies, Inc vertrieben wird. Die MicroBlue® Beschichtung 15 wird vorzugsweise mit einer Dicke von weniger als 10 Mikrometern angewendet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung 15 vorzugsweise aus einem Nylonmaterial, welches unter dem Markennamen Nylon 66 von E.I. du Pont de Nemours and Company vertrieben wird. Ferner haben in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die äußeren Zähne 14 eine isotrope Oberflächenvergütung, wie beschrieben in DE 694 18 836 T2, EP 657658 B1 mit dem Titel "Endbearbeitungsverfahren für Lageroberflächen" bzw. US 5,503,481 "Bearing Surfaces with Isotropic Finish", erteilt am 2 April 1996 und einbezogen in ihrer Gesamtheit in die vorliegende, eigene Anmeldung. Die Wolframdisulfidbeschichtung über einer isotropen Oberflächenbehandlung vermindert signifikant die Reibung zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil, während sie die Haltbarkeit und die Beständigkeit der Welle erhöht. In anderen Ausführungsbeispielen kann jedwede geeignete Beschichtung 15, die die Reibung in einem hinreichenden Grad vermindert, an den äußeren Zähnen 14 des zweiten Teils 13 verwendet werden.
Die Welle 10 des bevorzugten Ausführungsbeispiels weist ferner ein im Wesentlichen rundes und üblicherweise röhrenförmig gestaltetes, Vibrationen dämpfendes Teil 29 auf. Das Schwingungsdämpfungsteil 29 dient dazu, zumindest einen Teil der Schwingenergie zu absorbieren, welche von dem ersten Teil 11 und dem zweiten Teil 13 während der Übertragung des Drehmoments zwischen dem Motor und dem Rad und während der Federungsbewegung des Rades erzeugt wurde. Das Schwingungsdämpfungsteil 29 ist vorzugsweise adaptiert, um sich der Form des ersten Teils 11 und des zweiten Teils 13 anzupassen und ist vorzugsweise demontierbar/auswechselbar und selektiv in dem ersten montierten Teil 11 und dem zweiten Teil 13 angebracht. Das Schwingungsdämpfungsteil 29 ist vorzugsweise aus herkömmlich ausgebildeter und kommerziell erhältlicher Pappe geformt, kann jedoch wahlweise auch aus einer Vielfalt von anderen Schwingungsdämpfungsmaterialien geformt werden.
Wie jeder Fachmann im automobilen Bereich anhand der vorhergehenden detaillierten Beschreibung und anhand der Figuren und Patentansprüche erkennen wird, können Modifikationen und Änderungen an den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgenommen werden, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, welcher in den folgenden Patentansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Eine Welle (10) zur Übertragung eines Drehmoments in einem Fahrzeug weist auf
ein erstes Teil (11), welches innere Zähne (12) besitzt; und
ein zweites Teil (13), welches äußere Zähne (14) besitzt, die wechselwirkend mit den inneren Zähnen (12) sind, um eine teleskopische Bewegung zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (13) zu ermöglichen und Drehmoment zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (13) zu übertragen; die äußeren Zähne (14) haben eine Beschichtung (15), um die Reibung während der teleskopischen Bewegung zu vermindern.

2. Die Welle (10) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (11) und das zweite Teil (13) im Wesentlichen aus Stahl bestehen.

3. Die Welle (10) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15) aus Nylon besteht.

4. Die Welle (10) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15) aus Wolframdisulfid besteht.

5. Die Welle (10) gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Zähne (14) zudem eine isotrope Oberflächenbeschichtung aufweisen.

6. Ein Federungssystem für ein Fahrzeug, welches ein Rad und eine Kraftverteilungsvorrichtung (18) hat, weist auf
eine Vorspanneinrichtung (22), um das Fahrzeug auf dem Rad (17) zu stützen und Straßenunebenheiten abzudämpfen;
eine Welle (10), um ein Drehmoment von einer Kraftverteilungsvorrichtung (18) zu dem Rad (17) zu übertragen, diese Welle (10) weist ein erstes Teil (11), welches innere Zähne (12) besitzt, und ein zweites Teil (13) auf, welches äußere Zähne (14) besitzt, die mit den besagten inneren Zähnen (12) wechselwirken, um eine teleskopische Bewegung zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (13) zu ermöglichen und um Drehmoment zwischen dem ersten Teil (11) und dem zweiten Teil (13) zu übertragen, dabei haben die äußeren Zähne (14) eine Beschichtung (15) zur Reduzierung der Reibung während der teleskopischen Bewegung.

7. Die Welle (10) gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Teil (13) im Wesentlichen aus Stahl bestehen.

8. Die Welle (10) gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15) aus Nylon besteht.

9. Die Welle (10) gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15) aus Wolframdisulfid besteht.