DE3341077A1 - Gelenkwelle, insbesondere antriebswelle fuer raeder eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

• Gelenkwelle, insbesondere Antriebswelle
• für Räder eines Kraftfahrzeugs Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein jedem Fachmann bekanntes Problem in der Kraftfahrzeugtechnik besteht in der schallisolierten Übertragung der Antriebskräfte vom Antriebsaggregat (Motor und Getriebe) zu den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs mit auch für den Serieneinsatz vertretbarem konstruktiven Aufwand, insbesondere unter Einhaltung eines vorgegebenen Höchstgewichts der dazu erforderlichen Gelenkwelle. Moderne Lösungsversuche verwenden aus Fasern, beispielsweise Kohlenstoffasern, hergestellte Hohlwellen, die demgemäß auch als Rohre bezeichnet werden können. Die aus der DE-OS 31 39 247, B60K 17/22, bekannte Gelenkwelle dieses Aufbaus soll den Einsatz von Kardangelenken erübrigen. Dabei ist aber an den Einbau dieser Gelenkwelle zwischen der im Vorderwagen angeordneten Brennkraftmaschine einerseits und dem im Bereich der angetriebenen Hinterräder des Fahrzeugs angeordneten Getriebe andererseits gedacht, d.h. an einer Stelle, an der die Relativbewegungen der miteinander antriebsmäßig zu verbindenden Baueinheiten relativ klein sind. Im einzelnen sieht das aus Fasern gewickelte Rohr im wesentlichen zylindrisch, d.h. mit konstantem Innendurchmesser, aus, und ist an den Verbindungsenden durch zusätzliche Lagen verstärkt.
• Auch die Gelenkwelle nach der DE-OS 28 21 677, B60K 17/22, soll als Tragrohr zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Auch diese Gelenkwelle ist aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt, d.h. kann als Rohr bezeichnet werden, dessen als Verbindung zum Getriebe dienendes Rohrende konisch erweitert ist. Auch der mittlere Bereich dieses Rohres kann eine Konizität besitzen. Als Vorteile dieser Konstruktion werden außer der Gewichtseinsparung das gute Schwingungs- und Dämpfungsverhalten von Rohren aus faserverstärkten Kunststoffen herausgestellt. Die konischen Rohrenden können mit in eine Kunstharzmatrix eingebetteten Gewebelagen verstärkt sein.
• Die DE-OS 32 40 762, B60K 17/22, schließlich beschreibt eine Gelenkwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, die also zwischen den Gleichlauf- und/oder Schiebegelenken ein Doppelkonusrohr aufweist. Soweit in dieser Druckschrift Materialangaben gemacht sind, soll es sich um ein Metallrohr handeln. Die Doppelkonusform dieses Rohres, dessen maximaler Durchmesser also auf seiner halben axialen Länge liegt, so daß die minimalen Durchmesser an den Enden, d.h. an den Verbindungsstellen mit den Gelenken, vorliegen, wurde zur Gewichtsminimierung ohne Verlust an Biegemomentbelastbarkeit gewählt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwelle der zuletzt beschriebenen Art, d.h. mit einem Doppelkonusrohr, unter Beibehalt ihrer günstigen Eigenschaften, insbesondere des formbedingt geringen Gewichts bei hoher Belastbarkeit, hinsichtlich der Schalldämmung, insbesondere hinsichtlich der Körperschallisolierung, zu verbessern, ohne daß ein nennenswerter zusätzlicher Aufwand an Bauteilen und bei der Fertigung in Kauf genommen werden muß.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
• Die Erfindung erschöpft sich also nicht in der Verwendung an sich für Gelenkwellen bekannter Materialien, nämlich Fasermaterialien, sondern sieht außerdem eine Unterteilung des Doppelkonusrohres in der Weise vor, daß zwei durch ein schallisolierendes, als Kupplungsteil bezeichnetes Bauteil verbundene gegenläufig konische Bereiche entstehen. Infolge der Verwendung von Gelenken, also Dreh-, Fest- oder Schiebegelenken, an den Enden dieses Doppelkonusrohres ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Gelenkwelle auch in Fällen möglich, in denen zwischen den zu verbindenden Teilen, also beispielsweise einem Getriebe und angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs, verhältnismäßig große Relativbewegungen aufzunehmen sind. Im Prinzip sieht die Erfindung eine wesentliche Verringerung der Körperschallübertragung mittels der Gelenkwelle durch materialwechselbedingte Sprünge des Elastizitätsmoduls vor, da, ausgehend von einem der Gelenke, die aus Metall bestehen, zunächst ein Materialsprung von Metall zu faserverstärktem Kunststoff, dann in der Mitte des Doppelkonusrohres ein Sprung von faserverstärktem Kunststoff zu gummiartigem Material, daraufhin der entgegengesetzte Sprung von gummiartigem Material zu faserverstärktem Kunststoff und am anderen Ende des Doppelkonusrohres ein Sprung von faserverstärktem Kunst-stoff zu Metall (anderes Gelenk) vorliegt. Schlagwortartig läßt sich die erfindungsgemäße Gelenkwelle also als Mehrfach-Reflexions-System bezeichnen, wobei die eigentliche Welle infolge ihrer Ausgestaltung als Doppelkonusrohr eigenfrequenzfrei ist.
• Die Ansprüche 3, 4 und 5 beschreiben Weiterbildungen der Erfindung, denen das Vorsehen weiterer Reflexionsstellen durch örtlich unterschiedliche Materialeigenschaften innerhalb des Verlaufs des Doppelkonusrohres gemeinsam ist.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die hier besonders interessierenden Teile der Gelenkwelle, also insbesondere durch das zusammengesetzte (gebaute) Doppelkonusrohr, Fig. 2 den in Fig. 1 bei II-II angedeuteten Querschnitt, Fig. 3 perspektivisch einen Bestandteil der Kupplung zwischen den beiden gegenkonischen Rohren und Fig. 4 eine Seitenansicht eines der Bereiche des Doppelkonusrohres.
• Betrachtet man zunächst Fig. 1, so enthält die Gelenkwelle zwischen dem Festgelenk 1 und dem Schiebegelenk 2, deren hier gezeigte Anschlußstutzen aus Metall bestehen, das allgemein mit 3 bezeichnete Doppelkonusrohr, das in seinem mittleren Bereich, d.h. an der Stelle seines größten Durchmessers, durch die Kupplung 4 in zwei gegenläufig konusförmige Rohrbereiche 5 und 6 unterteilt ist. Die beiden Rohrbereiche 5 und 6 sind, wie später noch anhand Fig. 4 erläutert wird, durch Wickeln aus faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt, das beispielsweise Glasfasern und/oder Kohlenstoffasern und/oder Aramidfasern enthält.
• Die Kupplung 4 besteht aus den einander teilweise umschließenden, aus Metall hergestellten Kupplungsrohren 7 und 8 sowie dem mit den beiden Kupplungsrohren 7 und 8 durch Vulkanisieren verbundenen Kupplungsteil 9 aus einem gummiartigen und daher schalldämmenden Material.
• Durch diesen Aufbau der Gelenkwelle ist einerseits eine optimale Festigkeit bei minimalem Gewicht, andererseits aber auch ein Optimum an Körperschallisolation gewonnen, da im Weg des Schalls vom Antriebsaggregat zum Aufbau des Fahrzeugs, in das die Gelenkwelle eingesetzt ist, eine Vielzahl von Schallreflexionsstellen liegt und durch die bei der Herstellung des Doppelkonusrohrs 3 verwendete Fertigungstechnik diskrete Eigenfrequenzen der Gelenkwelle vermieden sind.
• Auch die Herstellung der Kupplung 4 ist herstellungstechnisch einfach, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist: In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Kupplungsrohre 7 und 8-Fig. 3 zeigt dies nur für das Kupplungsrohr 7- aus im G)uerschnitt kreisrundem Hohlhalbzeug hergestellt, und zwar so, daß jeweils ein Bereich 7' mit kreisrunder Konfiguration zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem der Konusrohre 5 und 6 sowie ein Wellrohrbereich 7" entsteht, der in verzahnungsartigem Eingriff mit einem entsprechend profilierten, konzentrisch zu ihm angeordneten Gegenbereich an dem anderen Kupplungsrohr, hier dem Kupplungsrohr 8, dient. Dieser Bereich ist nur in Fig. 2 besonders durch das Bezugszeichen 8" hervorgehoben. Durch den Kupplungsteil 9 aus gummiartigem Material ist ein direkter metallischer Kontakt zwischen den beiden Kupplungsrohren 7 und 8 ausgeschlossen.
• Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des einen Konusrohrs 5; das andere Konusrohr 6 ist spiegelbildlich zur Ebene der Kupplung 4 aufgebaut. Zur Gewinnung zusätzlicher Schallreflexionsstellen sind die Faserlagen in Hinrichtung (in Fig. 4 von links nach rechts) und in Rückrichtung (in Fig. 4 also von rechts nach links) mit unterschiedlichen Winkeln und gewickelt. Es ist auch möglich, in den einzelnen Lagen unterschiedliche Materialien aufeinanderfolgen zu lassen, also Glasfaser, Kohlenstoffaser und Aramidfaser-Kunststoffmaterial.
• Zur weiteren Schallreflexionserhöhung sind örtlich Gewebestreifen 10 als Aufdoppelungen vorgesehen, die durch Kunststoff fest mit den Faserschichten verbunden sind.
• Verständlicherweise können je nach dem einzelnen Einsatzfall die verschiedenen Maßnahmen zur Erzielung von "Unstetigkeiten" im Wege des Körperschalls einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden.
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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Gelenkwelle, insbesondere Antriebswelle für Räder eines Kraftfahrzeugs, mit einem sich zwischen Gelenken erstreckenden Doppelkonusrohr, dessen größter Durchmesser auf halber Rohrlänge liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Das Doppelkonusrohr (3) besteht aus faserverstärktem Kunststoffmaterial; b) das Doppelkonusrohr ist im Bereich seines größten Durchmessers in zwei axial aufeinanderfolgende, gegenläufig konische Rohrbereiche (5,6) unterteilt; c) die beiden Rohrbereiche (5,6) stehen nur über zumindest ein ein Kupplungsteil (9) aus gummiartigem Material in drehmomentübertragender Verbindung.
2. 2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (9) zwischen achsparallelen Profilen an einander teilweise umschließenden Kupplungsrohren (7,8) aus Metall angeordnet ist, die drehfest mit den einander zugekehrten Enden der Rohrbereiche (5,6) verbunden sind.
3. 3. Gelenkwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbereiche (5,6) in Hin- und Rückrichtung mit unterschiedlichen Winkeln (α,ß) und/oder aus unterschiedlichen Faserwerkstoffen gewickelt sind.
4. 4. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelkonusrohr (3) symmetrisch bezüglich des Kupplungsteils (9) gewikkelt ist.
5. 5. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelkonusrohr (3) mit örtlichen Verstärkungen (Aufdoppelungen 10) versehen ist.