DE3346061A1 - Welle zur schwingungsisolierenden drehmomentuebertragung, insbesondere antriebswelle fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Welle zur schwingungsisolierenden drehmomentuebertragung, insbesondere antriebswelle fuer kraftfahrzeuge

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DE3346061A1
DE3346061A1 DE19833346061 DE3346061A DE3346061A1 DE 3346061 A1 DE3346061 A1 DE 3346061A1 DE 19833346061 DE19833346061 DE 19833346061 DE 3346061 A DE3346061 A DE 3346061A DE 3346061 A1 DE3346061 A1 DE 3346061A1
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Hans-Dieter Dipl.-Ing. 3170 Gifhorn Beckmann
Volkmar Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Keck
Otto Dipl.-Ing. Weber
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Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
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Volkswagen AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02Shafts; Axles
    • F16C3/026Shafts made of fibre reinforced resin
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon

Description

  • Welle zur schwingungsisolierenden Drehmomentübertragung,
  • insbesondere Antriebswelle für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, also als Antriebswelle zwischen dem Antriebsaggregat und den angetriebenen Rädern eines Kraftfahrzeugs, so besteht ein bekanntes Problem darin, diese Welle gegen die Übertragung von Körperschall zu isolieren und sie relativ leicht, aber zur Übertragung der verhältnismäßig hohen Drehmomente geeignet auszubilden.
  • Zur Unterdrückung von Vibrationen ist die in der DE-OS 28 51 293, B60K 17/22, beschriebene Antriebswelle so konstruiert, daß sie einen aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden Hohlwellenteil zwischen Kardangelenken aufweist. Es macht aber Schwierigkeiten, ein derartiges nichtmetallisches Hohlwellenteil so auszuführen, daß es einerseits eine gute Schallisolierung bei kleinem Querschnitt sicherstellt, andererseits bei langer Lebensdauer relativ hohe Drehmomente einwandfrei und ohne Neigung zu Eigenschwingungen überträgt.
  • Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich bei der aus der DE-PS 30 45 141, B62D 1/189 bekannten Sicherheitslenkwelle für Kraftfahrzeuge, die die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmalskombination aufweist. Zwischen zwei starren Lenkwellenteilen, von denen das eine mit dem Lenkgetriebe und das andere mit den Lenkrad verbunden ist, ist gleichsam freitragend eine Wicklungsanordnung aus zwei gegenläufigen Wicklungen angeordnet, die sich gegebenenfalls an ihren Kreuzungsstellen durchdringen und eine Konfiguration nach Art eines Gitterrohrs bilden sollen.
  • Das bedeutet, daß die Windungen der beiden Wicklungen an ihren Kreuzungsstellen verbunden sind. Auch eine derartige Anordnung, die in Achsrichtung als Deformationselement verhältnismäßig nachgiebig, dagegen in Umfangsrichtung zwecks unverfälschter Drehbefehlübertragung sehr starr sein soll, ist nicht in der Lage, ohne bleibende Beschädigungen höhere Drehmomente zu übertragen.
  • Geht man davon aus, daß eine Verbesserung der Körperschallisolation immer dann erreicht wird, wenn die Welle nicht durch ein durchgehendes starres Wellenteil oder zwei unmittelbar in Berührung stehende starre Wellenteile gebildet wird, so ergibt sich eine Verbesserung der Körperschallisolation grundsätzlich auch bei Schlingfederkupplungen, wie sie auf einem ganz anderen technischen Gebiet (Büromaschinen) beispielsweise aus der DE-OS 26 53 141, F16D 13/08, bekannt sind. Hier werden sehr kleine Drehmomente, nämlich zum Antrieb eines Farbbandes, in nur einer Drehrichtung mittels zwei in Abstand angeordneter starrer Kupplungsteile und einer diese kraftmäßig verbindenden Schraubenfeder übertragen, die durch Reibschluß auf den beiden starren Kupplungsteilen festgelegt ist. Eines dieser starren Kupplungsteile trägt einen Ansatz, der mit einer Nut in einer sich anschließenden Welle zusammen arbeitet; Aufgabe der beschriebenen Schraubenfeder ist es, das mit dem Ansatz versehene Kupplungsteil axial verschiebbar zu halten, so daß durch Relativverdrehung zwischen diesem Kupplungsteil und der Antriebswelle für den Kupplungsvorgang Ansatz und Nut relativ zueinander ausgerichtet werden können. Auch hier ist der mittlere Bereich der Schraubenfeder gleichsam frei schwebend angeordnet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sie bei Wahrung ihrer Vorteile -gute Körperschallisolation, geringes Gewicht- zur Übertragung von hohen Drehmomenten einige setzt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Auf gabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
  • Die Erfindung erschöpft sich nicht einfach in dem Verzicht auf Verbindungen an Kreuzungsstellen der Windungen verschiedener Wicklungen, auch nicht in dem Einsatz von beispielsweise dorn- oder hülsenartigen Abstützungen für die Wicklungen, wenn sich diese während der Drehmomentübertragung zusammenziehen oder radial ausdehnen, sondern verlangt auch eine solche Anordnung der Abstützungen, daß diese keine direkte Körperschallbrücke zwischen den beiden starren Wellenteilen, die in der Regel Bestandteile von Kardangelenken oder dergleichen sind, bildet.
  • Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Längsschnitte durch die hier interessierenden Teile von Antriebswellen für Kraftfahrzeuge wiedergeben.
  • Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man die beiden -Bestandteile von Gelenken bildenden- starren Wellenteile 1 und 2, die nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Sie tragen die äußere Hülse 3 bzw. die innere Hülse 4, die einander konzentrisch unter Wahrung eines kleinen Spalts umgeben und eine Knicksicherung für die Welle bilden. Damit auch bei geringen Schrägstellungen der Achsen der beiden starren Wellenteile 1 und 2 und damit der Hülsen 3 und 4 keine direkte metallische Berührung zwischen diesen auftritt, die zu einer Körperschallbrücke führen würde, können in dem Spalt zwischen den Hülsen 3 und 4 Schichten oder Zwischenlagen aus elastischem Material vorgesehen sein; gegebenenfalls kann auch eine Schmierung der einander gegenüberstehenden Oberflächen ausreichen.
  • Durch das elastische Polster 5 wird ferner sichergestellt, daß auch bei axialen Bewegungen der beiden starren Wellenteile 1 und 2 mit den Hülsen 3 und 4 relativ zueinander keine Berührung zwischen dem Wellenteil 1 einerseits und der in Fig. 1 linken Stirnfläche der Hülse 4 andererseits auftritt, die ebenfalls eine Körperschallbrücke darstellen würde.
  • Zur Drehmomentübertragung dient in diesem Ausführungsbeispiel der flexible Schlauch 6, der bei 7 und 8 formschlüssig, also nicht durch Reibschluß, mit den starren Wellenteilen 1 und 2 verbunden ist. Unter einem derartigen Formschluß soll auch eine Verbindung durch Lötung oder Schweißen verstanden sein.
  • Der flexible Schlauch 6 besteht aus zumindest zwei Wicklungen, die in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind und deren Windungen sich vorzugsweise unter 900 kreuzen. An diesen Kreuzungsstellen ist keine besondere Verbindung zwischen den Windungen verschiedener Wicklungen vorgesehen. Die Drehmomentübertragung erfolgt also über den flexiblen Schlauch 6, der Stahldrähte, oder Kohlenstoff-, Glas-oder hochfeste Kunststoffasern enthalten kann, in der Weise, daß sich bei Drehmomentübertragung der Schlauch in radialen Richtungen unter gleichzeitiger Verkürzung (die starren Wellenteile 1 und 2 nähern sich dann einander etwas) immer fester auf der zugleich eine innere Abstützung für den Schlauch bildenden äußeren Hülse 3 abstützt. Damit erfolgt die Drehmomentübertragung nur im ersten Moment mit einer gewissen "Nachgiebigkeit" in Umfangsrichtung, dann trotz Verwendung eines flexiblen Schlauchs mit seiner günstigen Körperschallisolierung praktisch starr.
  • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß als Knicksicherung die ein von den starren Wellenteilen 20 und 21 unabhängiges Teil darstellende innere Hülse 22 in Verbindung mit den beiden äußeren Hülsen 23 und 24 vorgesehen ist, von denen jede von einem der starren Wellenteile 20 und 21 getragen ist. Damit durch die Knicksicherung, hier also primär durch die innere Hülse 22, keine Körperschallbrücke entstehen kann, sind an beiden Stirnseiten der inneren Hülse 22 (die verständlicherweise auch durch einen Dorn gebildet sein kann) Einlagen 25 und 26 aus elastischem Material vorgesehen.
  • Die beiden äußeren Hülsen 23 und 24, zwischen denen bei allen Betriebsbedingungen ein axialer Spalt gewahrt sein muß, bilden zugleich eine innere Abstützung für den flexiblen Schlauch 27, der wie der Schlauch 6 in Fig. 1 zur Drehmomentübertragung unter Wahrung einer Körperschallisolation dient.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 trägt der starre Wellen teil 30 als innere Abstützung für die noch zu beschreibende Wicklungsanordnung 31 den in Richtung auf den anderen starren Wellenteil 32 weisenden und dort bei 33 elastisch abgef angenen Dorn 34. Die Wicklungsanordnung 31 besteht aus den beiden gegenläufig gewickelten, einander konzentrisch umgebenden Wicklungen 35 und 36, von denen eint zur Drehmomentübertragung bei Vorwärtsfahrt und die andere zur Drehmomentübertragung bei Rückwärtsfahrt dient. Beispielsweise zieht sich die innere Wicklung 36 bei Rückwärtsfahrt unter dem Einfluß des dann zu übertragenden Drehmoments zusammen und legt sich fest auf die Abstützung 34 auf, während dann die zur Drehmomentübertragung bei Vorwärtsfahrt dienende äußere Wicklung 35 ihren Durchmesser vergrößert. Umgekehrt erfolgt bei Vorwärtsfahrt eine Verringerung des Durchmessers der äußeren Wicklung 35, gleichzeitig eine Vergrößerung des Durchmessers der inneren Wicklung 36, so daß diese dann eine Abstützung für die Windungen der äußeren Wicklung 35 bildet.
  • Auch hier sind also die Kreuzungsstellen der Windungen verschiedener Wicklungen nicht direkt miteinander verbunden. Es ist aber möglich, die gesamte zur Aufnahme der Wicklung 31 dienende Kammer 37 zwecks weiterer Geräuschdämpfung mit einem Elastomer auszufüllen.
  • In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 findet sich zwischen der von dem starren Wellenteil 40 getragenen Abstützung 41, die bei 42 wieder verschiebbar und schallisoliert in dem anderen starren Wellenteil 43 gelagert ist, und dem wiederum durch einen flexiblen Schlauch 44 gebildeten Drehmomentübertragungsglied der Kern 45 aus elastischem Material, durch den eine weitere Verringerung der Körperschallübertragung sichergestellt wird.
  • Gemeinsam ist allen Ausführungsbeispielen die Befestigung der Wicklungsanordnung an den beiden starren Wellenteilen mit Formschluß, worunter auch Löt- und Schweißverbindungen zu verstehen sind, und das Fehlen direkter metallischer Verbindungen zwischen diesen starren Wellenteilen, von denen das eine zum Antriebsaggregat und das andere zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs führt.
  • - Leerseite -

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE r Welle zur schwingungsisolierenden Drehmomentübertragung, insbesondere Antriebswelle für Kraftfahrzeuge, mit einer zwischen einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen starren Wellenteil angeordneten W icklungsanordnung aus kreuzweise gegensinnig verlaufenden Windungen aus zug- und druckfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen an ihren Kreuzungsstellen unverbunden sind und zumindest eines der mit der Wicklungsanordnung (6) formschlüssig verbundenen starren Wellenteile (1,2) eine in Richtung auf das andere Wellenteil (2) weisende, gegen dieses schwingungsisolierte äußere und/oder innere Abstützung (3) für die Wicklungsanordnung (6) trägt.
  2. 2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsanordnung einen flexiblen Schlauch (6) bildet.
  3. 3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus Stahldraht bestehen.
  4. 4. Welle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus Feder stahl bestehen.
  5. 5. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus hochfesten Fasern bestehen.
  6. 6. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere hülsenförmige Abstützung (3) für die Wicklungsanordnung (6) ihrerseits eine starre Knicksicherung (4) nach Art einer Hülse oder eines Dorns mit radialem Spiel aufnimmt, die auch bei betriebsbedingten Änderungen des Abstands zwischen den beiden starren Wellenteilen (1,2) gegen direkte Berührung zum in dest eines dieser Wellenteile (1,2) gesichert ist.
  7. 7. Welle nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch elastische Zwischenschichten (5) zwischen der starren Knicksicherung (4) einerseits und zumindest einem der starren Wellenteile (1,2) und/oder der Abstützung (3) andererseits.
  8. 8. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen mit einem weichen Elastomer vergossen sind.
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