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Welle zur schwingungsisolierenden Drehmomentübertragung,
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insbesondere Antriebswelle für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft
eine Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Auf gabe besteht in den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben
die Unteransprüche.
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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.
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Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert, deren Figuren Längsschnitte durch die hier interessierenden
Teile von Antriebswellen für Kraftfahrzeuge wiedergeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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