DE19840466C2 - Pluggable drive shaft, especially for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Wellenabschnitt (1) und wenigstens einem sich daran über eine Steckverbindung anschließenden Endstück (2), welches eine Verzahnung (3) aufweist, wobei sich der Wellenabschnitt (1) und das Endstück (2) im Fügebereich (F) überlappen. Aufgabengemäß sind der Wellenabschnitt (1) und das Endstück (2) im Fügebereich (F) durch eine kombinierte Fügeverbindung miteinander verbunden. Dadurch kann die Belastbarkeit der Fügeverbindung wesentlich erhöht werden.The invention relates to a pluggable drive shaft, in particular for a motor vehicle, with a shaft section (1) and at least one end piece (2) connected thereto via a plug connection, which has a toothing (3), the shaft section (1) and the end piece ( 2) overlap in the joining area (F). According to the task, the shaft section (1) and the end piece (2) in the joining area (F) are connected to one another by a combined joining connection. This can significantly increase the load capacity of the joint connection.
Description
Die Erfindung betrifft eine steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs. Dabei wird mit einem hohlen Wellenabschnitt wenigstens ein eine Verzahnung aufweisendes Endstück über eine Steckverbindung verbunden.The invention relates to a pluggable drive shaft, especially for a motor vehicle, according to the preamble of the 1st claim. Doing so with a hollow Shaft section at least one having a toothing End piece connected via a plug connection.
In DE 197 23 038 A1 wird bereits eine steckbare Antriebswelle für Kraftfahrzeuge beschrieben. Dabei weist das Endstück eine Innenverzahnung auf und wird in die Hohlwelle eingesteckt. Es handelt sich dabei um eine herkömmliche Preßverbindung. Um bei dynamischer Belastung die bei dieser herkömmlichen Preßverbindung in der Preßfuge auftretende Tribokorrosionen und die damit verbundenen negativen Auswirkungen zu vermeiden, werden die zu fügenden Teile an der Fügeposition mit einer geeigneten Schmiermittelschicht versehen. Dabei wird beispielsweise Molybdändisulfitölpaste oder Zinkphosphatpaste eingesetzt. Durch die Schmierstoffanwendung ist jedoch die Übertragungsfähigkeit, insbesondere die Drehmoment übertragung bei hoher dynamischer Beanspruchung begrenzt. Zusätzlich kommen bei Querpreßverbindungen die negativen Auswirkungen der Schmierpolsterung hinzu. Bei trocken gefügten Preßverbindungen tritt bei dynamischen örtlichem Gleiten zerstörerische Tribokorrosion auf. Die Verwendung derartiger Schmierstoffe belastet weiterhin die Umwelt.DE 197 23 038 A1 already describes a pluggable Drive shaft for motor vehicles described. It points the end piece has an internal toothing and is in the Hollow shaft inserted. It is a conventional press connection. To with dynamic load which in this conventional press connection in the press joint occurring tribocorrosion and the associated Avoid negative effects will be added Parts at the joining position with a suitable one Apply a lubricant layer. For example Molybdenum disulfite oil paste or zinc phosphate paste used. However, due to the use of lubricants Transmission ability, especially the torque transmission limited under high dynamic loads. In addition, the negative comes with cross-press connections Effects of the lubrication padding. When dry Joined press connections occurs at dynamic local Destructive tribocorrosion slips on. The usage such lubricants continue to pollute the environment.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, die eine hohe dynamische Belastbarkeit aufweist, Tribokorrosion in der Fügeposition vermeidet und umweltschonend herstellbar ist.The object of the invention is a pluggable drive shaft, especially for a motor vehicle to develop a has high dynamic resilience, tribocorrosion in avoids the joining position and can be manufactured in an environmentally friendly manner is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.This object is achieved with the features of first claim solved.
Bei der steckbaren Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug mit
einem Wellenabschnitt und wenigstens einem sich daran über
eine Steckverbindung anschließenden Endstück, welches eine
Innenverzahnung oder Außenverzahnung aufweist, wird
erfindungsgemäß erstmalig im Fügebereich zwischen dem
hohlen Endstück und dem hohlen Wellenabschnitt eine
kombinierte Fügeverbindung in Form einer Preßverbindung und
einer stoffschlüssigen Verbindung erzeugt. Das hohle
Endstück und/oder der hohle Wellenabschnitt werden dazu
zumindest in dem Fügebereich mit einer die
Belastungsfähigkeit erhöhenden und die Tribokorrosion
verhindernden Schicht versehen. Vorteilhafter Weise besteht
die Schicht dabei aus einer verbundstabilen
Konversionsschicht hoher Adhäsionsneigung die beim
Herstellen der Preßverbindung kaltverschweißt oder
kaltverlötet. Dazu wird vorzugsweise eine Oberflächen
beschichtung in Form einer Zinkschicht, einer
Kupferschicht, einer Metallegierung oder einem Metall
gemisch gewählt. Durch diese Schicht im Fügebereich führt
die Relativverschiebung in der Preßfläche zwischen dem
Wellenabschnitt und dem Endstück zur Bildung lokaler oder
vollständiger Stoffschlußverbindungen in Form von
Kaltpreßlötverbindungen oder Kaltpreßschweißverbindungen,
ohne daß die beim trockenen Fügen stattfindenden negativen
Freßerscheinungen auftreten. Durch diese zusätzlich zur
kraftschlüssigen erzeugte stoffschlüssige Fügeverbindung
kann die Belastbarkeit gegenüber herkömmlichen Fügever
bindungen, bei denen Schmiermittel im Fügebereich
eingesetzt wird, wesentlich erhöht werden.
Die erforderliche Relativbewegung zwischen Hohlwelle und
Endstück, durch welche zusätzlich zum Kraftschluß der
Preßverbindung eine stoffschlüssige Fügeverbindung erzeugt
wird, kann durch folgende unterschiedliche Maßnahmen
erzeugt werden:
In the case of the pluggable drive shaft for a motor vehicle with a shaft section and at least one end piece adjoining it via a plug connection, which has an internal toothing or external toothing, according to the invention a combined joint connection in the form of a press connection and one is made for the first time in the joining area between the hollow end piece and the hollow shaft section cohesive connection generated. For this purpose, the hollow end piece and / or the hollow shaft section are provided, at least in the joining area, with a layer which increases the load capacity and prevents tribocorrosion. The layer advantageously consists of a composite-stable conversion layer with a high tendency to adhesion, which is cold-welded or cold-soldered when the press connection is made. For this purpose, a surface coating in the form of a zinc layer, a copper layer, a metal alloy or a metal mixture is preferably selected. Through this layer in the joining area, the relative displacement in the pressing surface between the shaft section and the end piece leads to the formation of local or complete material connection connections in the form of cold press soldered connections or cold press welded connections without the negative seizure phenomena occurring during dry joining occurring. Through this, in addition to the force-fitting, material-fit joint connection, the load-bearing capacity compared to conventional joint joints, in which lubricant is used in the joint area, can be significantly increased. The required relative movement between the hollow shaft and the end piece, by means of which a cohesive joint connection is produced in addition to the frictional connection of the press connection, can be generated by the following different measures:
- - Zusammenstecken der beiden Teile,- putting the two parts together,
- - örtliches Gleiten im Bereich der Fügeposition infolge statischer und/oder dynamischer Betriebsbelastung, - Local sliding in the area of the joining position as a result static and / or dynamic operating load,
- - einmalige statische oder dynamische Verdrehung und/oder Axialverschiebung des Endstücks in Bezug auf die Hohlwelle oder umgekehrt in einer oder wechselnder Richtung,- one-time static or dynamic rotation and / or Axial displacement of the end piece with respect to the Hollow shaft or vice versa in one or changing Direction,
- - definierte dynamische Belastung der Preßverbindung mit einer Wechselbelastungsamplitude, die einer statischen Belastung überlagert sein kann, wobei es sich um ein gezieltes Hochtrainieren der Übertragungsfähigkeit der Verbindung handelt, (Erzeugung durch Drehmoment-, Biegemoment- oder Axialkraftbelastung oder deren Kombinationen).- Defined dynamic loading of the press connection with an alternating load amplitude that a static Load may be overlaid, being a targeted training of the transferability of the Connection acts (generation by torque, Bending moment or axial load or their Combinations).
Das Aufbringen der Schicht kann durch chemische Metallabscheidung, Plasmaspritzen oder andere geeignete Verfahren erfolgen.The layer can be applied by chemical Metal deposition, plasma spraying or other suitable Procedure.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform können entweder Wellenabschnitt oder Endstück vollständig oder im Fügebereich aus dem Beschichtungswerkstoff bestehen.In a further advantageous form of training can either shaft section or end piece completely or in Joining area consist of the coating material.
Neben der Verwendung von Oberflächenbeschichtungen in Form von Metall können auch Klebstoffe, vorzugsweise Klebstoffe mit darin enthaltenen Metallpartikeln aus einem oder mehreren metallischen Werkstoffen (z. B. Zink, Kupfer, Mertallegierungen) Anwendung finden. In addition to the use of surface coatings in the form metal can also be adhesives, preferably adhesives with contained metal particles from one or several metallic materials (e.g. zinc, copper, Mineral alloys) find application.
Dabei werden vorzugsweise niedrigviskose Klebstoffe mit einer Viskosität um 150 centipoise eingesetzt. Damit ist eine nennenswerte Erhöhung der Verdrehfestigkeit auf ca. das Doppelte der aus dem Preßsitz entstehenden Verdrehfestigkeit gegeben.Low-viscosity adhesives are preferably used a viscosity of around 150 centipoise. So that is a noticeable increase in torsional strength to approx. double that arising from the press fit Torsion resistance is given.
Der Wellenabschnitt ist vorzugsweise als rohrförmiges Hohlteil ausgebildet und weist beidseitig angeordnete Endstücke auf.The shaft section is preferably tubular Hollow part formed and has arranged on both sides Tails on.
Die Endstücke sind vorteilhafter Weise mit einer Außenverzahnung versehen und massiv oder durchgängig hohl ausgebildet.The end pieces are advantageously with a Provide external teeth and massive or hollow throughout educated.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on Exemplary embodiments and associated drawings explained. Show it:
Fig. 1: Antriebswelle mit in den hohlen Wellenabschnitt eingesteckten Endstücken Fig. 1: Drive shaft with end pieces inserted into the hollow shaft section
Fig. 2: Antriebswelle mit über den hohlen Wellenabschnitt am Außendurchmesser aufgesteckten Endstücken Fig. 2: Drive shaft with end pieces attached over the hollow shaft section to the outer diameter
Fig. 3: Antriebswelle mit in Richtung zum hohlen Wellenabschnitt aufgeweiteten hohlen Endstücken Fig. 3: drive shaft with flared towards the hollow shaft portion of the hollow end pieces
Die in Fig. 1 dargestellte Antriebswelle besteht aus einem hohlen Wellenabschnitt 1 und zwei endseitig in den Innendurchmesser des Wellenabschnittes 1 eingesteckten Endstücken 2 mit einer Außenverzahnung 3.The drive shaft shown in Fig. 1 consists of a hollow shaft portion 1 and two end in the inner diameter of the shaft portion 1 inserted end pieces 2 with an outer toothing 3.
Links wurde dabei die neuartige Variante eines hohlen Endstückes 2 und rechts die Variante mit einem Endstück 2 aus Vollmaterial dargestellt. Der hohle Wellenabschnitt 1 weist an seinem Außendurchmesser und seinem Innendurchmesser eine durchgängige Schicht z. B. in Form einer Zinkschicht 4 auf.The new variant of a hollow end piece 2 was shown on the left and the variant with an end piece 2 made of solid material was shown on the right. The hollow shaft section 1 has on its outer diameter and its inner diameter a continuous layer z. B. in the form of a zinc layer 4 .
In dem Fügebereich 5 - dem sich überlappende Fügebereich F zwischen jedem Ende des Wellenabschnitts 1 und jeweils einem Endstück 2 - wurde eine kombinierte Fügeverbindung in Form einer Längspreßverbindung und einer stoffschlüssigen Verbindung erzeugt, so daß entweder eine Kaltpreß lötverbindung oder eine Kaltpreßschweißverbindung hergestellt wurde. Diese weist gegenüber einfachen Preßverbindungen eine wesentlich höhere Belastbarkeit auf, so daß diese Verbindungen erstmalig der sehr hohen Drehmomentbeanspruchung von Kraftfahrzeug-Antriebswellen standhalten.In the joining area 5 - the overlapping joining area F between each end of the shaft section 1 and in each case one end piece 2 - a combined joining connection was produced in the form of a longitudinal press connection and a material connection, so that either a cold press solder connection or a cold press weld connection was produced. Compared to simple press connections, this has a much higher load-bearing capacity, so that for the first time these connections withstand the very high torque loading of motor vehicle drive shafts.
Durch eine Relativbewegung zwischen einem oder beiden Endstücken und der Hohlwelle, z. B. durch ein sehr hohes Drehmoment, wird die Kaltlötverbindung zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Teilen im Bereich der Fügeverbindung noch inniger, so daß die Belastbarkeit der kombinierten Fügeverbindung weiter erhöht wird.By a relative movement between one or both End pieces and the hollow shaft, e.g. B. by a very high Torque, the cold solder connection between the yourself parts moving relative to each other in the area of Joint connection even more intimately, so that the resilience of the combined joint connection is further increased.
Neben dem vorgenannt dargestellten Ausführungsbeispiel können gem. Fig. 2 die hohlen Endstücke 2 auch auf den Außendurchmesser des hohlen Wellenbereiches 1 aufgesteckt werden. Der hohle Wellenbereich 1 weist dabei an seinen beiden Enden einen Einzug 6 auf. Der sich dadurch bildende Absatz 7 dient gleichzeitig als Anschlag beim Aufschieben der Endstücke 2. Der mittige Bereich mit dem größeren Durchmesser kann beispielsweise auch durch Innenhochdruck umformen erzeugt werden.In addition to the embodiment shown above, gem. Fig. 2, the hollow end pieces 2 are also plugged onto the outer diameter of the hollow shaft area 1 . The hollow shaft area 1 has a feed 6 at both ends. The resulting paragraph 7 also serves as a stop when pushing on the end pieces 2nd The central area with the larger diameter can also be produced, for example, by internal high pressure forming.
Es ist möglich, nur den Einzug an seinem Außendurchmesser im Fügebereich F mit einer Beschichtung (Metall oder Klebstoff mit Metallpartikeln) zu versehen.It is possible to feed only on its outside diameter in the joining area F with a coating (metal or To provide adhesive with metal particles).
In beiden Ausführungsbeispielen verringert sich die Wandstärke der Endstücke 2 in Steckrichtung, so daß in der Anfangsphase des Fügens ein einfacheres Einführen in bzw. Aufstecken auf den hohlen Wellenabschnitt 1 gegeben ist. Gem. Fig. 3 ist es auch möglich, hohle Endstücke 2 einzusetzen, die in Richtung zum Fügebereich F aufgeweitet sind.In both exemplary embodiments, the wall thickness of the end pieces 2 decreases in the plug-in direction, so that in the initial phase of the joining there is an easier insertion into or plugging onto the hollow shaft section 1 . Gem. Fig. 3, it is also possible to use hollow end pieces 2, which are flared toward the joining area F.
Auf der linken Seite ist eine Variante mit einem hohlen Endstück 2 dargestellt; auf der rechten Seite der Fig. 3 ist das Endstück im Bereich der Verzahnung 3 voll ausgebildet und weist im Fügebereich ein Sackloch 8 auf. Dieses kann z. B. durch Fließpressen erzeugt werden. Der hohle Wellenabschnitt 1 weist in allen 3 Ausführungsvarianten außerhalb des Fügebereiches F einen größeren Außendurchmesser als die Endstücke auf. Dadurch wird das auf dessen Wandung wirkende Drehmoment geringer und es ist möglich, die Wandstärke zu verringern.A variant with a hollow end piece 2 is shown on the left-hand side; on the right side of FIG. 3, the end piece is fully formed in the area of the toothing 3 and has a blind hole 8 in the joining area. This can e.g. B. generated by extrusion. The hollow shaft section 1 has a larger outer diameter than the end pieces in all 3 design variants outside the joining area F. As a result, the torque acting on the wall thereof is reduced and it is possible to reduce the wall thickness.
Durch die erfindungsgemäße Lösung besteht die Möglichkeit, die Endstücke 2 einschließlich Oberflächenhärtung vollständig vorzufertigen, anschließend zur Erzeugung der Antriebswelle in die Enden des hohlen Wellenabschnittes 1 zu stecken und dabei die kombinierte Fügeverbindung zu erzeugen. Dabei können die Endstücke 2 und der hohle Wellenabschnitt 1 auch aus unterschiedlichen und/oder miteinander nicht schweißbaren Werkstoffen gefertigt sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, für den hohlen Wellenabschnitt 1 z. B. durch Ziehen kaltverfestigten Werkstoff zu verwenden.The solution according to the invention makes it possible to completely prefabricate the end pieces 2 including surface hardening, then to insert the drive shaft into the ends of the hollow shaft section 1 and thereby to produce the combined joint connection. The end pieces 2 and the hollow shaft section 1 can also be made of different and / or non-weldable materials. This makes it possible for the hollow shaft section 1 z. B. by pulling work hardened material.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß die beim Fügen kaltverschweißenden der kaltverlötenden Teile keinen Verzug erfahren, welcher Richt- oder Nacharbeiten zur Folge hat. A major advantage of the invention is also that that those that are cold-welded when joining or those that are cold-soldered Share no delay, which direction or Rework results.
Das Fügen der Antriebswelle erfolgt zwangsläufig ohne Freßerscheinungen, wodurch keine Schmiermittel wie Öle oder Fette und dergleichen notwendig sind.The drive shaft is inevitably joined without Seizures, which means no lubricants such as oils or Fats and the like are necessary.
Bei einer Überlastung der Antriebswelle in einem gewissen Rahmen kommt es nicht zur Zerstörung der Fügeverbindung sondern die Übertragungsfähigkeit zwischen dem mittigen Wellenabschnitt 1 und den Endstücken 2 wird überraschender Weise erhöht.If the drive shaft is overloaded to a certain extent, the joining connection is not destroyed, but the transmission capacity between the central shaft section 1 and the end pieces 2 is surprisingly increased.
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