DE2950938A1 - Transmissionswelle fuer ein kraftfahrzeug mit vorderradantrieb und automatischem getriebe - Google Patents

Transmissionswelle fuer ein kraftfahrzeug mit vorderradantrieb und automatischem getriebe

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Description

-M-
·τ
GLAENZER SPICER
Poissy / Frankreich
"Transmissionwelle für ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb und automatischei» Getriebe"
Die Erfindung bezieht sich auf Tr-nsmissionswelle für Kraftfahrzeuge mit Vorderradantrieb und automatischem Getriebe zwischen dem Triebwerk und den Vorderrädern.
Es ist bekannt, daß ein automatisches Getriebe bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb hinsichtlich der Isolierung des Antriebsaggregats gegenüber dem Fahrzeughauptteil, insbesondere bei einem Dieselmotor, unter folgenden Bedingungen Probleme aufwirft: Wenn der Fahrer bei stehendem Fahrzeug , getretener Fußbremse und langsamer laufenden Motor das automatische Getriebe auf "Drive" (Vorwärtsgang) einstellt, dann gibt die Hauptkupplung bzw. der hydraulische Kennungswandler auf seiner Abtriebswelle ein Anzugsmoment C von ca. 10 Kilopondmeter ab; dieses Moment wird über die Transmissionswelle auf die Vorderräder aufgebracht.
Um die erforderliche Festigkeit gegenüber Torsions- und Hegebeanspruchungen zu gewährleisten, ist die Transmissionwelle jedoch sehr torsionssteif ausgebildet. Sie überträgt daher die von der Arbeit des Motors erzeugten Kraftmomentspitzen^C, , die bei einem querliegenden Motor bedingt durch dessen durch die seitliche Arbeit der Kolben erzeugten Schwingdrehungen in
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der Federaufhängung verstärkt werden, praktisch ohne Dämpfung auf die Räder und über die Bremsen auf das Fahrzeughauptteil.
Es ist theoretisch denkbar, daß sich mit einer Transmissionswelle mit höherer Torsionsbiegsamket, z.B. mit 1°bis 3° Drehung pro Kilopondmeter des Drehmoments diese Rückwirkungen der Drehmcraentspitzen und der Drehungen des Motorblocks auf die Räder und das Fahrzeughauptteil vermeiden ließen. Diese Lösung ist aber nicht durchführbar, da das diesen Spitzen entsprechende mittlerer Drehmoment nur ein Zefrtel oder Zwanzigstel des Drehmoments beträgt, welchem die Transmissionswelle ohne Bruch standzuhalten imstande sein muß. Es ist also nicht möglich, eine herkömmliche Welle sowohl mit großer Biegsamkeit auf Torsionsbeanspruchung bei einem Drehmoment von 10 Kilopondmeter ale auch mit der zur Aufnahme des höchsten Drehmoments erforderlichen mechanischen Festigkeit auszustatten. Selbst wenn man außergewöhnliche Werkstoffe finden würde, die diese doppelte Bedingung erfüllen, würde beim Anfahren die Drehung bei Aufbringung des Drehmoments angesichts der an jedem Ende der Transmissionswelle angreifenden Trägheiten unweigerlich Schwing- oder"Pump"bewegungen erzeugen.
Der Erfindung liebt die Aufgabe zugrunde, eine Transrcissionswelle zu schaffen, die die vorgenannten, scheinbar unvereinbaren Bedingungen gleichzeitig erfüllt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Transmissionswelle für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb und einem automatischen Getriebe vor, die dadurch gekennzeichnet-ist, daß sie aus einem ersten Kraftübertragungseiement hoher Torsionselastizität besteht, welches an seinen Enden drehfest mit der Ausgangpjelle des Antriebsaggregats und mit einem Vor derrad verbunden ist, und aus einem zum ersten Element koaxialen zweiten Kraftübertragungselement geringer Torsionselastizität, welches am einen Ende drehfest mit dem Rad verbunden ist und am anderen Ende mit der Ausgangswelle des Antriebsaggregats über eine Verbindung mit Wikelspiel zwischen zwei vorbestimmten
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positiven Werten des auf die Welle aufbringbaren Drehmoments, wobei das auf die Welle bei verlangsamten Motor und betätigter Bremse auf-bringbare Moment zwischen diesen Werten liegt.
Nach einem besonderen Merkmal ist das erste Kraftübertragungselement zur Regelung der vorbestimmten Drehmomentwerte auf Torsi on sbe an spruchung vorspannbar.
Eine derartige Transnussiorajelle zeigt gaße Elastizität auf Torsionsbeanspruchung zwischen zwei Werten C^. und C? des Drehmoments, die das dem Anzug des Kennungswandlers entsprechende Moment C1. bei verlangsamten Motor und gebremsten Fahrzeug begrenzen. Bei Momenten diesseits von CL und oberhalb Cp verliert die Welle ihre Elaebizität auf Torsionsbeanspruchung zum größten Teil.
V/eitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, einer Transmissionswelle gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung;
Fig. 2
bis 4 jeweils einen Querschnitt durch die Transraissionswelle gemäß den Linien 2-2, bzw. 3-3 und 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5
und 6 analoge Schnitte zu Fig. 4 zur Veranschaulichung der relativen Stellungen der zwei Elemente der Transmissionswelle unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen ;
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Fig. 7 in einer grafischen Kurve die mechanischen Eigenschaften der Transmissionswelle nach Fig. 1, wobei das Antriebselement auf der Ordinate und der Torsionswinkel auf der Abszisse aufgetragen ist.
In Fig. 1 bis 4 ist mit 1 die Kraftübertragungsvorrichtung eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb und automatischem Getreibe bezeichnet; sie verbindet den Ausgang bzw. die Abtriebswelle 3 des nit dec Getriebe zusammenwirkenden Differentials 4 mit dem Achsschenkel 2 eines Vorderrads. Das andere Vorderrad wird natürlich über eine analoge Kraftübertragungsvorrichtung getrieben.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 beslöit aus einem homokinetischen Gleitgelenk 5 in Tripod-Bauart, einer Transmissionswelle 6 und einem weiteren, nicht gleitenden homokinetischen Gelenk 7 in TripodSauart. Zum besseren Verständnis sind alle Elemente auf ein und derselben Achse X-X zentriert dargestellt, obwohl die Gelenke 5 "und 7 eine doppelte Anlenkung der Kraftübertragung g?währleisten.
Das als Gleitgelenk ausgelegte Gelenk 5 weist ein Tripod-Ele—-** ment 8 auf, das ac Ende der Welle 3 befestigt ist und dessen drei ballige Rollkörper 9 auf drei radialen zylindrischen Zapfen 10 auf Nadellagern drehbar sind.
Das zugehörige Hülsenelement 11 des Gelenks 5 ist als eine an beiden Enden offene,rohrförmige Muffe ausgebildet, deren von einem Ende zum anderen durchgehend gleichbleibendes Querschnittsprofil (Fig. 2-4) drei über zylindrische Abschnitte 13 verbundene Ausbuchtungen 12 aufweist. Jede Ausbuchtung 12 begrenzt in ihrem Inneren ein Wälzbahnpaar 14 in Form zylindrischer Abschnitte mit gleichem Radius wie die Rollkörper 9; wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jeder Rollkörper 9 in einer Ausbuchtung 12 aufnehtnbar und kann in der dem Differential 4 benachbarten Hälfte der Muffe 11 gleiten.
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In der anderen Hälfte der Muffe sitzt ein weicher und elastischer Einsatz 15 aus Elastomer. Dieser Einsatz (Fig. 4) ist alshülsenförmige Manschette ausgebildet und liegt an der Innenwand der Muffe 11 mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke an. Die Wanddicke dieser Manschette ist Jedoch senkrecht zu den Wälzbahnen 14- etwas verstärkt, um auf der Innenseite plane Anlageflächen 16a und 16b zu bilden. Am inneren und äusseren Ende bildet die Manschette einstückige radiale Innen flansche 17 und 18, welche jeweils eine kreisförmige Mittelbohrung einschließen.
Die Transmissionswelle 6 setet sich aus zwei Hauptelementen 19 und 20 zusammen. Das Element 19 ist eine Vollwelle in Form eines Rundstabs aus gehärtetem Stahl oder aus anderem Material mit hohen Elastizitätseigenschaften und ist an ihrem einen Ende an einer drehfest mit der Muffe 11 verbundenen Radialscheibe 21 befestigt. Zu diesen Zweck (Fig. 3) ist dir Scheibe 21 in ihrer Form im wesentlichen der Innenfora der Muffe 11 angepaßt, jedoch stets mit einem gewissen Radialspiel zum Boden deren Ausbuchtungen. Das andere Ende des Elements 19 ist über eine Kerbzahnverbindung 22 mit dem ein^angsseitigen Tripodelement des Gelenks 7 verbunden.
Das zweite Element der Welle 6 ist im wesentlichen eine die Vollwelle 19 koaxial umgebende Hohlwelle 24 aus gewöhnlichem Stahl. Das eine Ende derHohlwelle ist ar. eingangsseitigen Tripod-Element 23 des Gelenks 7 angeschweißt, und an ihrem anderen Ende ist ein Stern 25 mit drei radial von einer die Hohlwelle 24 verlängernden, hülsenförrdgeia Nabe 27 vorspringpnden Armen bzw. Ansätzen 26 angeschweißt (Fig. 4).
Dieser Stern 24 ist im Einsatz 15 mit erheb-lichem Axial-bzw. Radialspiel aufgenommen. D.h. seine teiden Endflächen beaufschlagen die Innenfläche der Radialflansche 17 und 18 des Einsatzes 15 (Fig. 1), wobei die Nabe 27 die drei zylindrischen Abschnitte geringeren Durchmessers des Einsatzes beaufschlagt und die Enden der Ansätze 26 praktisch den Boden der Ausbuchtungen des Einsatzes berühren (Fig. 4). Die Breite der Ansätze 26 ist jedoch
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im Querschnitt sehr viel geringer bemessen als die der im Inneren des Einsatzes 15 begrenzten Ausbuchtungen; d.h. das Winkelspiel der Ansätze liegt vorzugsweise zwischen 6° und 20°.
Eine Abstützscheibe 28 gleicher Gestalt wie die Scheibe 21 ist auf der Außenseite der Radialflansche 18 des Einsatzes befestigt.
Die Scheibe 21, der Flansch 17, der Stern 25, der Flansch 18 und die Scheibe 28 werden in dieser Reihenfolge ohne großen Klemmdruck über zwei in Nuten in den zylindrischen Abschnitten 13 der Muffe 11 sitzende Springringe 29 in gegenseitiger Anlage . gehalten (Fig. 3).
Die wink-lige Verkeilung der Hohlwelle 24 gegenüber der Vollwelle 19 hat zur Folge, daß ohne Einwirkung eines Drehmoments von außen die Arme 26 des Sterns die planen Flächen 16a des Einsatses mit einer inneren Vorspannkraft C beaufschlagen, die etwas unter der unteren Grenze Gx. des Moments liegt, das der Vollwelle 19 über die V/elle 3> das Tripod-Element 8, die Muffe 11 und die Scheibe 21 mitgeteilt wird, vjenn das Fahrzeug bei langsamer laufenden Motor und eingerücktem Vorwärtsgang durch Bremsbetätigung stillsteht.
Zur Zentrierung der Vollwelle 19 in der Hohlwelle 24 dienen mehrere elastische Führungsringe 30; einer dieser Ringe ist nahe den freien Ende des Sterns 25 angeordnet und füllt den ringförmigen Raum zwischen *ssen Nabe 27 und der Vollwelle 19 dichtend aus.
Schließlich sind drei Balge 31-33 vorgesehen. Der Balg 31 ist an der Welle 3 und an der Muffe 11 befestigt, der Balg 32 an der Muffe 11 und der Hohlwelle 24, der Balg 33 an der Hohlwelle 24 und am abtrxebseitigen Hülsenelement 3^ des homokineti sehen Gelenks 7» Die Balge begrenzen gemeinsam mit der Welle 3, der Hohlwelle 24 und dem Gelenkelement 3^ zwei dichte Kammern 35 und 36, welche jeweils ein ölbad enthalten; diese Kammern stellen den vom Balg 31 und dem Hülsenelement 34 begrenzten Raum dar, mit Ausnahme des Ringraums zwischen dem Stern 25
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und der Hohlwelle 24 einerseits und der Vollwelle 19 andrerseits,
Bei den vorstehend angegebenen Bedingungen der Geschwindigkeitsherabsetzung überträgt sich das auf das Tripod-El ein ent 8 ausgeübte Moment C über die Muffe 11 und die Scheibe 21 auf die Vollwelle 19· Da diese auf Torsion biegsam ist, drehen sich die Muffe 11 und die Scheibe 21 ura einen bestimmten Winkel unter Mitnahme des Einsatzes 15- Da C ^. C^ < CQ löst sich dieser Einsatz etwas vom Stern 25. Ändert sich das Drehmoment zyklisch zwischen CL und C2 unter der Wirkung der Arbeit des Motors, dann schwingen die Arme des Sterns bedingt durch die Torsionselastizität der Vollwelle29 in den Ausbuchtungen des Einsatzes 15 um eine Mittelstellung (Fig. 5) ohne dabei die Anlageflächen 16a und 16b zu berühren. Zu diesem Zweck muß den Armen bzw. Ansä.tzen des Sterns 25 angesichts der Amplitude der Schwingungen und auch der möglichen Änderungen des Drehkraftraoments des Motors bei Verlangsataang ein entsprechend großes Winkelspiel zur Verfügung stehen. Hierfür eigrrt sich eine freie Schwingung im Bereich von +_ 3° bis _+ 10°.
Das ölbad bzw. das Schmiermittel füllt insbesondere die Ausbuchtungen des Einsatzes 15 und umspült die Arme des Sterns 25» was zur Dämpfung der Schwingungen wähaxid der dem Drehoraent C entsprechenden kritischen Phase beiträgt.
Bringt der Fahrer das volle Drehmoment des Motors durch Anfahren des Fahrzeugs nadh Freigabe der Bremsen auf, dann bewirkt die Torsion der Vollwelle 19 rasch eine Anlage des Einsatzes 15 mit seinen den Flächen 16a entgegengesetzten planen Flächen 16b an den Armen desSterns 25 (Fig. 6). Steigt das Drehmoment C des Motors über den diese neue Anlage bewirkenden V/ert Cp hinaus, dann wird das Drehmoment C-C2 auf das Tripod-Element 23 des Gelenks 7 über den Stern 25 und die Hohlwelle übertragen, deren Elastizität gegenüber Torsio ^beanspruchung sehr viel jp?inger ist. Auf diese Woise wird praktisch das gesamte Anfahrdrehoment übertragen. Unabhängig vom Wert des Drehmoments C ist daher gewährleistet, daß Jegliches den Wert C2 übersteigende Drehmoment nicht auf die Vollwelle 19 übertragen wird, so daß die sie angreifenden Belastungskräfte nach oben begrenzt sind.
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Zusammenfassend läßt sich anhand von Fig. 7 die Arbeit der übertragungsvorrichtung 1 wie folgt beschreiben:
- bei einem Antriebsmoment zwischen Cj und Cp (langsam laufender Motor bei gebremsten Fahrzeug) überträgt die Vollwelle 19 das gesarate Drehmoment unter starker Dämpfung der Vibrationen;
- bei einem C? übersteigenden AtnrietismoTnent, bei Norraalbetrieb des Fahrzeugs, wirkt die sehr viel weniger elastische Hohlwelle 24 als Übertragungsorgan; die Kraftübertragung ist dann viel starrer, aber auch sehr viel widerstandsfähiger. Nichtsdestoweniger gewährleistet sie eine gewisse Dämpfung, insbesondere bei durch die Fahrbahn bedingtem Schwingungen höherer Frequenz.
Nachstehend ein Zahlenbeispiel für die beschriebene Kraftleitung:
Angenommen Cr = 12 m.kg und die Welle 3 des Differentials schwingt um + 1° unter der Einwirkung der Motorarbeit. Die Berechnung ergibt, daß eine klassisches TransTiissionsvjelle mit einem Durchmesser D = 22 mm und einer Länge L= 400 ca auf Torsionsbeanspruchung eine Elastizität = 0,00217 rad /m.kg hätte und daher das auf das Rad und über die Bremse auf das Fahrzeughauptteil aufgebrachte wechselnde Störmoment +β, 042τη.kg betragen würde.
B< i einer Transraissionswelle nach der Erfindung, deren elastissche innere Vollv.'clle 19 einen Durchmesser D = 10 mm und eine Länge L=35O mm aufweist, beträgt hingegen die Elastizität auf Torsion = 0, 0445 rad/m.kg, was einem auf das Rad wirkenden restlichem Wechselmoment von +_ 0,392 m.kg entspricht.
Somit ist auf kostensparende und dauerhafte Weise das störende Schwingmoment einer herkömmlichen Welle mit der Transmissionswell.^ nach der Erfindung um ein Zwanzigfaches verringerbar.
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Claims (9)

  1. Ansprüche
    ransmissionswelle fur ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb und automatischem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem ersten Kraftubertragungselement (19) hoher Torsionselastizität besteht, welches an seinen Enden drehfest mit der Ausgangszeile (3) des Antriebsaggregats und mit einem Vorderrad verbunden ist, und aus einem zum ersten Elemen koaxialen zweiten Kraftübertragungsei enent( 24-25) geringer Torsionselastizität, welches am einen Ende drehfest mit dem Rad verbunden ist und am anderen Ende mit der Ausgangswelle (3) des Antriebsaggregats über eine Verbindung (26-16b) mit Vifcelspiel zwischen zwei vorbestimmten positiven WertenCC.,Cp) des auf die Welle (3) aufbringbaren Drehmoments, wobei das auf die Welle bei verlangsamten Motor und betätigter Bremse auf bringbare Moment zwischen diesen Werten liegt.
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  2. 2. Transmissionswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kraftübertragung sei e ment (19) zur Regelung der vorbestimmten Drehmomentwerte (CL, Cp) auf Torsionsbeanspruchung vorspannbar ist.
  3. 3. Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (26-16b) zwischen der Ausgangswelle (3) und dem zweiten Kraftübertragungselement (24—25) einen elastischen Einsatz (35) einschließt.
  4. 4·. Transmissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Ausgangswelle (3) und dem zweiten Kraftubertragungselement (24-25) auf dem zweiten Element ausgebildete und an dessem Umfang gleichmäßig verteilte radiale Ansätze (26) einschließt, welche in Ausnehmungen mit größerer Winkelamplitude in einem drehfest mit der Ausgangswelle (3) verbundenen Organ (11) aufnehmbar sind.
  5. 5. Transmissionswelle nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (11) eine das Hülsenelement eines Gleitgelenks (5) in Tripodbauart bildende rohrförmige Muffe mit drei Ausbuchtungen (12) ist, welche die die radialen Ansätze aufnehmenden Ausnehmungen begrenzen.
  6. 6. Transmissionswelle nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (3) und das erste Kraftübertragungselement (19) ebenfalls über die Muffe (11) mittels einer am Ende des ersten Kraftubertragungselements befestigten radialen Scheibe (21) mit dem Innenprofil der Muffe entsprechender Gestalt verbunden sind.
  7. 7. Transmissionswelle nach den Ansprüche 3 und 6, dadurch gekennzeichnet,daß der Einsatz (15) in Form einer Manschette mit zwei inneren Endflanschen (17»18) ausgebildet ist, welche zwischen der radialen Scheibe (21) und einer weiteren Scheibe (28) angeordnet sind, die ihrerseits über Sprengringe (29) axial gesichert sind.
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  8. 8. Transinissionswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kraftübertragungseletnent (19) als Vollwelle aus gehärtetem Stahl und das zweite Kraftübertagunpselerent (24-25) im wesentlichen als Hohlwelle (24) aus gewöhnlichem Stahl ausgebildet sind.
  9. 9. Transmissionswelle nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelspiel zwischen 6° und 20° beträgt.
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DE2950938A 1978-12-18 1979-12-18 Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb mit automatischem Getriebe Expired DE2950938C2 (de)

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