DE3740754C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Längswelle mit einem faser­ verstärkten Kunststoffrohr zur Übertragung von Dreh­ momenten in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, an deren Enden Drehgelenke vorgesehen sind, wobei zumindest das in Kraftflußrichtung vordere Drehgelenk als Gleichlauf­ verschiebegelenk ausgebildet ist.

Längswellen der genannten Art haben gegenüber üblichen Längswellen unter Verwendung von Stahlrohren Gewichts­ vorteile und können bei vorgegebener Länge aufgrund relativ hoher Biegesteifigkeit unter Umständen auf eine sonst notwendige Zwischenlagerung verzichten. Sie werden bisher mit vergleichbar hoher Drehsteifigkeit ausgeführt, wie sie bei Stahlwellen vorzufinden ist. Zur Abkopplung der von der Verbrennungskraftmaschine ausgehenden Dreh­ schwingungen sind bisher ebenso wie bei Längswellen unter Einbezug von Stahlrohren Drehschwingungsdämpfer als Gummi-Metall-Elemente zur Anwendung gekommen. Axiale Schwingungskomponenten werden zumindest teilweise durch die Verwendung von Gleichlaufverschiebegelenken zwischen Motor-Getriebe-Einheit und Längswelle abgekoppelt.

Aus der EP 00 19 585 A1 ist eine Faserverbundwelle mit geringen Wickelwinkeln zur Erhöhung der Biegesteifigkeit bekannt, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, daß bei Wickelwinkeln kleiner 10° die Torsionsteifigkeit auf für die Verwendung als Antriebswelle unzulässig niedrige Werte sinken würde.

Aus der GB 21 38 921 A ist eine Faserverbundwelle bekannt, die zur Erhöhung der Biegesteifigkeit im Durchmesser mittig vergrößert ist, während die Enden auf übliche Anschlußdurchmesser reduziert sind. Dabei wird - ohne auf Wickelwinkel einzugehen - ausreichende Drehsteifigkeit vorausgesetzt.

Es ist auch aus der DE 35 03 194 A1 bekannt, eine Faserverbundwelle mit einer Stahlwelle zu verbinden, diese Verbindung ist jedoch winkel- und drehstarr, wobei als notwendiges Merkmal der Verbindung relativ große Wickelwinkel α aufgezeigt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Längswellen der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei denen die Abkopplung der Drehschwingungen mit einfachen Mitteln, insbesondere unter Verzicht auf besondere Gummi-Metall-Elemente als Drehschwingungsdämpfer verwirklicht wird.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verdrehweiche Antriebswelle der eingangs genannten Art mit einem Torsionswinkel von größer als 10° über der Gesamtlänge bei maximaler Drehmomentbelastung bereitzustellen, bei der sich der gewünschte Torsionswinkel mit einfachen Mitteln einstellen läßt.

Eine erste Lösung hierfür liegt erfindungsgemäß darin, daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen kleinen Wickelwinkel der Faserstränge von nicht mehr als ±10° zur Rohrlängsachse aufweist und daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen biege- und verdrehsteiferen Mittelabschnitt größeren Durchmessers und höher drehelastische Endabschnitte aufweist.

Eine zweite Lösung ist dadurch gegeben, daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen kleinen Wickelwinkel der Faserstränge von nicht mehr als ±10° zur Rohrlängsachse aufweist und daß sich an einen vorderen Längsabschnitt der Längswelle mit dem drehweichen faserverstärkten Kunststoffrohr über ein Drehgelenk ein hinterer Längsabschnitt der Längswelle mit einem Wellenrohr mit einer höheren Drehsteifigkeit anschließt.

Die Wellenrohre, die mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften durch geeignete Materialauswahl und Wickeltechnik darstellbar sind, sind geeignet, selber als Drehschwingungsdämpfer zu wirken und somit die Funktion üblicherweise eingesetzten Gummi-Metall-Elemente oder vergleichbarer zusätzlicher Dämpferelemente vollständig zu übernehmen. Die angegebene Drehelastizität kann mit geeigneten Dämpfungseigenschaften aufgrund innerer Dämpfung über die Materialwerte einhergehen, gegebenenfalls können aber auch zusätzliche Dämpfungselemente mit Oberflächenreibung gegenüber dem Kunststoffrohr vorgesehen sein. Hierbei kann es sich bevorzugt um steife Rohrkörper handeln, die in die verdrehweiche Welle eingeschoben sind und dabei gegebenenfalls mit einem der Wellenenden verbunden sind.

Solche erfindungsgemäßen Wellen weisen in günstiger Form gleichzeitig eine besonders hohe Biegesteifigkeit auf, ohne daß zusätzliche, nicht an der Drehmomentübertragung beteiligte Faserschichten aufgelegt werden müssen, wie dies bei üblichen Wellen mit großem Wickelwinkel der Fall ist.

Die Ankopplung an das vordere Gleichlaufverschiebegelenk erfolgt in bevorzugter und grundsätzlich bekannter Weise dadurch, daß ein metallisches Anschlußelement, auf das das faserverstärkte Kunststoffrohr aufgewickelt oder aufge­ schoben ist, unmittelbar als Gelenkaußenteil des Gleich­ laufverschiebegelenks ausgebildet ist. Die gleiche Art der Anbindung an ein weiteres Gleichlaufgelenk kann am zweiten Ende erfolgen.

Gemäß der erstgenannten Lösung weist das faserver­ verstärkte Kunststoffrohr einen mittleren Längsabschnitt auf, der größeren Durchmesser hat und besonders biege- und drehmomentsteif ist, während die Endabschnitte bei redu­ ziertem Durchmesser drehweicher sind und an die Gelenk­ größen angepaßt sein können.

Um eine Zerstörung des relativ drehweichen faserver­ stärkten Kunststoffrohres bei außergewöhnlichen Fahrzu­ standsänderungen zu vermeiden, können in bevorzugter Weise Drehwinkelanschläge vorgesehen sein, die den Drehwinkel auf einen um einiges oberhalb des genannten Mindestwertes liegenden Höchstwert begrenzen.

Nach der erstgenannten Lösung ist es möglich, die gesamte Längswelle als ungeteilte Welle ohne Zwischenlagerung auszubilden, bei der das faserverstärkte Kunststoffrohr im wesentlichen die gesamte Bauteillänge einnimmt.

Gemäß der zweitgenannten Lösung ist vorgesehen, daß die Längswelle mit Zwischengelenk und Zwischenlager ausgeführt wird, wobei sich an den vorderen Längsabschnitt mit dem faserverstärkten Kunststoffrohr mit großem Verdrehwinkel ein zweiter Längsabschnitt mit wesentlich kleinerem Verdrehwinkel bei entsprechender Belastung anschließt. Hierbei erfolgt die Drehschwingungsabkopplung im wesentlichen im vorderen Längsabschnitt. Der zweite Längsabschnitt kann dabei unter Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffrohres mit einem Wickelwinkel von etwa ± 30 .. 45° bestehen oder aber in konventioneller Art ein Stahlrohr umfassen, so daß insgesamt eine kombinierte Welle aus vorderem Abschnitt mit faserverstärktem Kunststoff und hinterem Abschnitt mit Stahlrohr entsteht.

Die Zwischenlagerung nach der zweitgenannten Lösung kann in grundsätzlich bekannter Weise unmittelbar vor dem Zwischengelenk erfolgen, wobei der äußere Lagerring in einem Gummi-Metall-Element gehalten sein kann.

Auf eine zeichnerische Darstellung kann verzichtet werden, da alle angesprochenen Elemente in ihrer grundlegenden konstruktiven Ausführung bekannt sind, wobei die Erfindung durch die Verwendung eines drehweichen faserverstärkten Kunststoffrohres mit den genannten Eigenschaften als Drehschwingungsdämpfer in einer Antriebswelle charakteri­ siert ist.

Claims (5)

1. Längswelle mit einem faserverstärkten Kunststoffrohr zur Übertragung von Drehmomenten in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, an deren Enden Drehgelenke vorgesehen sind, wobei zumindest das in Kraftflußrichtung vordere Drehgelenk als Gleichlaufverschiebegelenk ausgebildet ist, bei der das faserverstärkte Kunststoffrohr bei den höchsten auftretenden Drehmomenten über der Gesamtlänge einem Verdrehwinkel von mindestens 10° unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen Wickelwinkel der Faserstränge von kleiner als ±10° zur Rohrlängsachse aufweist und daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen biege- und verdrehsteiferen Mittelabschnitt größeren Durchmessers und höher drehelastische Endabschnitte aufweist.

2. Längswelle mit einem faserverstärkten Kunststoffrohr zur Übertragung von Drehmomenten in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, an deren Enden Drehgelenke vorgesehen sind, wobei zumindest das in Kraftflußrichtung vordere Drehgelenk als Gleichlaufverschiebegelenk ausgebildet ist, bei der das faserverstärkte Kunststoffrohr bei den höchsten auftretenden Drehmomenten über der Gesamtlänge einem Verdrehwinkel von mindestens 10° unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das faserverstärkte Kunststoffrohr einen Wickelwinkel der Faserstränge von kleiner als ±10° zur Rohrlängsachse aufweist und daß sich an einen vorderen Längsabschnitt der Längswelle mit dem drehweichen faserverstärkten Kunststoffrohr über ein Drehgelenk ein hinterer Längsabschnitt der Längswelle mit einem Wellenrohr mit einer höheren Drehsteifigkeit anschließt.

3. Längswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Drehwinkelanschläge zur Begrenzung des Verdrehwinkels des faserverstärkten Kunststoffrohres vorgesehen sind.

4. Längswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Längsabschnitt ein faserverstärktes Kunststoffrohr mit einem Wickelwinkel der Faserstränge von etwa ±30 . . . 45° umfaßt.

5. Längswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Längsabschnitt ein Metallrohr umfaßt.