DE3841052A1 - Gelenkwelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkwelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und insbesondere auf eine Gelenkwelle, die zum Antrieb der Hinterräder in einem Kraft­ fahrzeug mit Vierradantrieb geeignet ist, sowie auf ein Ver­ fahren zur Herstellung der Gelenkwelle, wobei eine Korrektur von in der Gelenkwelle verbleibenden Unwuchten ausgeführt wird.

Die Eigenfrequenz einer Gelenkwelle zum Antrieb von Hinter­ rädern in einem Fahrzeug, z.B. in einem Automobil, wird ver­ mindert, wenn die Gelenkwelle in ihrer Länge zunimmt. Ande­ rerseits kann, wenn ein Vierradantrieb auf der Grundlage eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Frontantrieb, wobei der Motor horizontal liegt, zur Anwendung kommt, im Hinblick auf den Zustand, daß die Gesamtlänge der Gelenkwelle groß ist, diese aus einer Mehrzahl von kurzen Wellenstücken sowie einer Mehrzahl von Universalgelenken als ein sog. Gelenkwellen­ strang ausgebildet werden, um die Möglichkeit, daß die Gelenk­ welle in Resonanz kommt, zu vermeiden.

Die Korrektur von Instabilitäten oder Unwuchten, d.h. das sog. Auswuchten, die sowohl in der statischen Belastung als auch im Drehmoment der Gelenkwelle, die als ein Gelenkwellen­ strang ausgebildet ist, vorhanden sind, wird in einem Fall, wobei der Gelenkwellenstrang beispielsweise aus drei einzel­ nen Wellenstücken und vier Universalgelenken besteht, fol­ gendermaßen ausgeführt.

Gemäß Fig. 3 besteht eine Gelenkwelle 10 aus drei Wellenstüc­ ken 11, 12 und 13 mit vier Universalgelenken 14, 15, 16 sowie 17, wobei die Welle durch vier Lager 18, 19, 20 und 21 abge­ stützt ist. Hierbei wird beispielsweise das Universalgelenk 14 mit einem Elektromotor gekoppelt, um die Gelenkwelle 10 zu drehen, wobei die Vibrationen mittels der Lager 18, 19, 20 und 21 gemessen werden. Auf der Grundlage des Meßergebnis­ ses wird die Gelenkwelle 10 einer Unwuchtkorrektur in vier Korrekturflächen A, B, C und D unterworfen.

Um eine aus zwei Wellenstücken mit drei Universalgelenken zusammengesetzte Gelenkwelle zu drehen, muß diese durch drei Lager, die in ihrer Zahl den Universalgelenken entsprechen, abgestützt werden. Auch ist es notwendig, die drei Korrektur­ flächen zu haben, um die Unwuchten im Drehmoment zu korri­ gieren. In gleichartiger Weise sind bei einer aus vier Wellen­ stücken mit fünf Universalgelenken zusammengesetzten Gelenk­ welle fünf Korrekturflächen erforderlich. Wie sich aus dem Obigen klar ergibt, muß zum Zweck des Auswuchtens der als Wellenstrang ausgebildeten Gelenkwelle mit der minimalen An­ zahl von Fertigungsschritten die Gelenkwelle an so viel Kor­ rekturflächen, wie Universalgelenke oder Lager vorhanden sind, korrigiert werden.

Nun ist üblicherweise bei einem derzeitigen Fahrzeug mit Vierradantrieb ein Differentialgetriebe in die Gelenkwelle eingegliedert, das einen Unterschied in der Drehzahl zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern bei einer Kurvenfahrt eines Vierrad-Fahrzeuges aufnimmt. Wenn der Vierradantrieb nicht benötigt wird, wird das Differentialgetriebe von einer Antriebswelle getrennt. Jedoch muß bei einem solchen Fahr­ zeug der Fahrer eine Betätigung jedesmal ausführen, wenn das Differentialgetriebe zu- oder abgeschaltet wird. Um eine der­ artige beschwerliche Betätigung auszuschalten, gibt es Fälle, wobei ein System, dem eine Visko-Kupplung anstelle des Diffe­ rentialgetriebes eingegliedert ist, zur Anwendung kommt (MOTOR FAN, Seite 113, veröffentlicht im November 1986).

Die die Visko-Kupplung einschließende Gelenkwelle unterschei­ det sich von der üblichen Gelenkwelle und umfaßt konstruk­ tiv voneinander unabhängige Teile vor und hinter der Visko- Kupplung. Deshalb sind jeweils die Unwuchten sowohl in dem vorderen als auch in dem hinteren Teil der Gelenkwelle vor­ handen. Wenn diese Gelenkwelle im zusammengebauten Zustand nach der obigen Auswuchtmethode ausgewuchtet werden soll, so führt als Ergebnis dessen die Visko-Kupplung eine Diffe­ rentialbewegung aus, um die Unwuchtphasen im vorderen und hinteren Teil der Gelenkwelle zu ändern. Auf diese Weise wird bei konstanter Beziehung zwischen den Unwuchtphasen ein Aus­ wuchten nicht erreicht.

Bei einem Fahrzeug, bei dem die Visko-Kupplung in die Gelenk­ welle eingegliedert ist, wie das in der obigen Zeitschrift beschrieben ist, werden für die Wellen, mit denen die Visko- Kupplung verbunden werden soll, massive Wellen mit kleinem Durchmesser, die von Anfang an kleine Unwuchten haben, ver­ wendet. Hierdurch wird ein Ausgleich für den Nachteil in der Unfähigkeit eines Auswuchtens des Wellenstrangs geschaf­ fen.

Als Folge der Verwendung der massiven Wellen von kleinem Durchmesser tritt jedoch die Schwierigkeit auf, die Gelenk­ welle zu teilen, z.B. in ein vorderes Teil, das die Visko- Kupplung enthält, und ein hinteres Teil ohne jegliche Visko- Kupplung, um individuell sowohl das vordere als auch das hin­ tere Teil auszuwuchten. Da das Auswuchten üblicherweise durch Anschweißen von einem oder mehreren Ausgleichgewichten an die Welle ausgeführt wird, wird ein Ausgleichgewicht mit großen Abmessungen für die Welle mit kleinem Durchmesser benötigt, wobei es jedoch schwierig ist, dieses groß bemes­ sene Ausgleichgewicht an den Außenumfang der Welle mit klei­ nem Durchmesser für ein Auswuchten anzuschweißen.

Selbst wenn massive Wellen von kleinerem Durchmesser verwen­ det werden, so werden die Unwuchten im Wellenstrang nicht beseitigt. Wenn die Unwuchtphasen in den Teilen vor und hin­ ter der Visko-Kupplung durch deren Differentialbewegung ver­ ändert werden, werden die verbleibenden Unwuchten in großem Maß geändert, wenn sich die Phasen verändern, was das Auf­ treten von Vibrationen und Geräuschen zum Ergebnis hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkwelle zu schaffen, der eine Visko-Kupplung eingegliedert ist und die für ein Auswuchten geeignet ist.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Herstellung einer eine Visko-Kupplung enthaltenden Gelenkwelle anzugeben, wobei ein Auswuchten der Gelenkwelle durchgeführt wird.

Die Gelenkwelle gemäß der Erfindung umfaßt ein erstes Hohlwel­ lenstück, das durch ein Universalgelenk mit einer Antriebs­ seite verbunden werden soll, ein zweites Hohlwellenstück, das durch ein anderes Universalgelenk mit einer Abtriebs­ seite verbunden werden soll, und eine jeweils mit dem ersten sowie zweiten Wellenstück verbundene Visko-Kupplung.

In einer typischen Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei die Gelenkwelle als ein drei Hohlwellenstücke und vier Uni­ versalgelenke umfassender Wellenstrang ausgebildet ist, kann die Visko-Kupplung in eines der Wellenstücke eingegliedert werden. In diesem Fall ist es am meisten vorzuziehen, daß die Visko-Kupplung in die mittige Welle eingesetzt wird.

Die die Visko-Kupplung enthaltende Welle hat vorzugsweise den gleichen Außendurchmesser wie die anderen Wellen, so daß ein Ausgleichgewicht mit geringer Größe anwendbar ist.

Das Verfahren zur Herstellung der Gelenkwelle gemäß der Er­ findung umfaßt die Schritte des Abstützens durch zwei Lager jeweils des ersten und zweiten Wellenstücks, die mit einer Visko-Kupplung verbunden sind und diese zwischen sich ein­ schließen, des Drehens des ersten und zweiten Wellenstücks mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen, des Ermittelns von Unwuchtwerten an Korrekturflächen, die an jeweils dem ersten und zweiten Wellenstück bestimmt sind, auf der Grund­ lage der Vibrationsmeßwerte der beiden Lager und schließlich des Korrigierens der Unwuchten.

Die Unwucht-Korrekturflächen werden an dem ersten und zwei­ ten Wellenstück, die die Visko-Kupplung zwischen sich ein­ schließen, festgesetzt, um ein oder mehr Ausgleichgewichte daran anzuschweißen.

Das erste, auf der einen Seite der eingegliederten Visko- Kupplung angeordnete Wellenstück wird beispielsweise mit 4000 U/min gedreht, während das auf der anderen Seite ange­ ordnete zweite Wellenstück beispielsweise mit 3950 U/min gedreht wird. In diesem Zustand tritt an dem das erste Wel­ lenstück abstützenden Lager ein Vibrationstyp auf, wobei die Vibrationsbeschleunigung auf einen Spitzenwert bei 4000 U/min gelangt, und es tritt ein unterschiedlicher Vi­ brationstyp auf, wobei die Vibrationsbeschleunigung auf einen Spitzenwert bei 3950 U/min gelangt, welcher geringer ist als der Spitzenwert bei 4000 U/min. Andererseits treten am ande­ ren Lager, das das zweite Wellenstück abstützt, ein Vibra­ tionstyp in Erscheinung, wobei die Vibrationsbeschleunigung auf einen Spitzenwert bei 3950 U/min gelangt, und ein unter­ schiedlicher Vibrationstyp, wobei die Vibrationsbeschleuni­ gung auf einen Spitzenwert bei 4000 U/min gelangt, und die­ ser Spitzenwert ist geringer als derjenige bei 3950 U/min. Dann kann an der Korrekturfläche des ersten Wellenstücks die Unwucht auf der Grundlage der Vibrationsmeßwerte bei 4000 U/min erhalten werden, während die Unwucht an der Kor­ rekturfläche des zweiten Wellenstücks auf der Grundlage der Vibrationsmeßwerte bei 3950 U/min erlangt werden kann.

Da die die Visko-Kupplung enthaltende Gelenkwelle ein Aus­ wuchten in ihrem zusammengebauten Zustand ermöglicht, können die verbleibenden Unwuchten der Gelenkwelle vermindert wer­ den. Ferner kann eine Steigerung in der Produktivität bei der Herstellung der Gelenkwelle, wobei das Auswuchten aus­ geführt wird, erzielt werden.

Die Verminderung der verbleibenden Unwuchten ermöglicht eine Erhöhung in der Drehzahl der Gelenkwelle, eine Erweiterung im Freiheitsgrad der Konstruktion der die Wellenstücke vor und hinter der Visko-Kupplung abstützenden Lagerungen und eine Herabsetzung der Brummgeräusche im Fahrgastraum, die auf die Vibration der Gelenkwelle zurückzuführen sind. Fer­ ner besteht keine Notwendigkeit, die Steifigkeit der Teile für eine Befestigung der Lager am Fahrzeugaufbau zu er­ höhen.

Die Aufgabe und die Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs­ form des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Gelenkwelle gemäß der Erfindung;

Fig. 2a-2d Kurvenbilder von Vibrationstypen, die an jewei­ ligen Lagern auftreten;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Gelenkwelle nach dem Stand der Technik.

Eine Gelenkwelle gemäß der Erfindung besteht in der Hauptsa­ che aus einem ersten Hohlwellenstück, das durch ein Univer­ salgelenk mit einer Antriebsseite verbunden wird, aus einem zweiten Hohlwellenstück, das durch ein anderes Universalge­ lenk mit einer Abtriebsseite verbunden wird, und aus einer jeweils mit dem ersten sowie zweiten Wellenstück verbundenen Visko-Kupplung.

Die in Fig. 1 gezeigte Gelenkwelle 30 umfaßt drei Wellen­ stücke 32, 34 und 36, vier Universalgelenke 38, 40, 42 und 44 sowie eine Visko-Kupplung 46. Für die Universalgelenke 38, 42 und 44 kommen Kardangelenke zur Anwendung, während ein verschiebbares Kreuzgelenk (cross-groove-Gelenk) als Universalgelenk 40 zur Anwendung kommt.

Das Wellenstück 32 ist aus einem hohlen Stahlrohr gefertigt und wird über das Universalgelenk 38 mit einem (nicht gezeig­ ten) Getriebe auf der Treibseite verbunden. Das Universal­ gelenk 40 befindet sich am rückwärtigen Ende des Wellen­ stücks 32.

Das Wellenstück 34 besteht aus einem ersten Wellenstückteil 35 a und einem zweiten Wellenstückteil 35 b. Jedes der Wel­ lenstückteile ist ein hohles Stahlrohr, das im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie das Wellenstück 32 mit Aus­ nahme der Verbindungsstelle des Wellenstückteils 35 b mit der Visko-Kupplung 46 hat. Beide Wellenstückteile 35 a und 35 b sind mit der an sich bekannten Visko-Kupplung 46 verbunden und so angeordnet, daß sie diese zwischen sich einschließen. Im mit der Visko-Kupplung 46 verbundenen Zustand haben bei­ de Wellenstückteile 35 a und 35 b vorzugsweise im wesentlichen dieselbe Länge in ihrer nach vorne und rückwärts ragenden Erstreckung. Das Wellenstückteil 35 a ist mit dem Universalge­ lenk 40 verbunden, während das Wellenstückteil 35 b an das Universalgelenk 42 angeschlossen ist.

Das dritte Wellenstück 36 ist ebenfalls ein Stahlrohr mit im wesentlichen dem gleichen Außendurchmesser wie das erste Wellenstück 32. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Wellenstück 36 mit einem mit ihm einstückigen Längeneinstell­ mechanismus (Schiebeteil) 48 versehen, der (das) aus einer Keilnabe und -welle besteht, wobei das Schiebeteil 48 mit dem Universalgelenk 42 verbunden ist. Das rückwärtige Ende des Wellenstücks 36 ist mit dem Universalgelenk 44 verbunden und durch dieses an ein (nicht gezeigtes) Differentialge­ triebe angeschlossen.

Ein Verfahren zur Herstellung der Gelenkwelle gemäß der Er­ findung umfaßt grundsätzlich die Schritte: Abstützen des ersten und zweiten Wellenstückteils 35 a und 35 b, die die Visko-Kupplung 46 zwischen sich einschließen, durch jeweili­ ge Lager 50 und 52, Drehen der beiden Wellenstückteile 35 a und 35 b mit zueinander unterschiedlichen Drehzahlen, Erlangen von Unwuchtwerten, die in einer Korrekturfläche E des ersten Wellenstückteils 35 a und in einer Korrekturfläche F des zweiten Wellenstückteils 35 b vorhanden sind, auf der Grundlage von Vibrationsmeßwerten der beiden Lager 50 und 52 sowie anschließend das Korrigieren der Unwuchten.

Dieses Verfahren wird im Fall der Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Gelenkwelle 30 in der folgenden Weise durchgeführt.

Das vordere Teil des Universalgelenks 38 wird an einen ersten Motor 58 angeschlossen und gleichzeitig durch ein Lager 54 abgestützt, während das rückwärtige Teil des Universalge­ lenks 44 mit einem zweiten Motor 60 verbunden wird, der mit einer zur Drehzahl des ersten Motors unterschiedlichen Dreh­ zahl gedreht werden kann, und es wird gleichzeitig durch ein Lager 56 abgestützt. Als Ergebnis dessen werden jeweils zwei Korrekturflächen G und H, zwei Korrekturflächen E und F sowie zwei Korrekturflächen I und J an dem ersten, zweiten und drit­ ten Wellenstück 32, 34 und 36 festgesetzt.

Gemäß dem für das Auswuchten geltenden Prinzip machen sechs Korrekturflächen und vier Lager die Unwuchtkorrektur unmög­ lich. Jedoch wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung diese Korrektur ermöglicht, indem die Drehzahlen vor und hin­ ter der Visko-Kupplung 46 verändert werden.

Wenn der erste Motor 58 beispielsweise mit 4000 U/min gedreht wird, während der zweite Motor 60 mit 3950 U/min beispiels­ weise gedreht wird, tritt ein Vibrationstyp M ₁, bei dem die Vibrationsbeschleunigung bei 4000 U/min auf einen Spitzenwert gelangt, am Lager 54 auf, der in Fig. 2a gezeigt ist. Ein Vibrationstyp M ₂, bei dem die Vibrationsbeschleunigung bei 3950 U/min einen Spitzenwert erreicht, und ein Vibrations­ typ M ₃, bei dem die Vibrationsbeschleunigung bei 4000 U/min einen Spitzenwert erreicht, welcher größer ist als der des Vibrationstyps M ₂, treten am Lager 50 auf und sind in Fig. 2b gezeigt. Des weiteren treten ein Vibrationstyp M ₄, bei dem die Vibrationsbeschleunigung auf einen Spitzenwert bei 3950 U/min gelangt, und ein Vibrationstyp M ₅, bei dem die Vibrationsbeschleunigung einen Spitzenwert bei 4000 U/min erreicht welcher geringer ist als derjenige des Vibrations­ typs M ₄, am Lager 52 auf, und diese Typen sind in Fig. 2c dargestellt. Ein Vibrationstyp M ₆, bei welchem die Vibra­ tionsbeschleunigung bei 3950 U/min auf einen Spitzenwert gelangt, tritt am Lager 56 auf und ist in Fig. 2d gezeigt.

An den Lagern 50 und 52, die vor und hinter der Visko-Kupp­ lung 46 angeordnet sind, können die Vibrationen bei 4000 U/min und 3950 U/min getrennt erfaßt werden. Dann kön­ nen die Unwuchtwerte an den Korrekturflächen G, H und E auf der Grundlage der Vibrationsmeßwerte mit 4000 U/min an den Lagern 54, 50, 52 erhalten werden, während die Unwuchtwerte an den Korrekturflächen F, I und J auf der Grundlage der Vibrationsmeßwerte bei 3950 U/min an den Lagern 50, 52 und 56 erhalten werden können. Auf diese Weise kann die Korrek­ tur an den sechs Flächen der die Visko-Kupplung 46 einschlie­ ßenden Gelenkwelle 30 in deren zusammengebautem Zustand er­ langt werden.

Eine Gelenkwelle umfaßt ein erstes Hohlwellenstück, das über ein Universalgelenk mit einer Antriebsseite zu verbinden ist, ein zweites Hohlwellenstück, das über ein anderes Universal­ gelenk mit einer Abtriebsseite zu verbinden ist, und eine jeweils mit dem ersten sowie zweiten Wellenstück verbundene Visko-Kupplung.

Claims (9)

1. Gelenkwelle, gekennzeichnet durch ein erstes, über ein Universalgelenk (38) mit einer Antriebsseite zu verbin­ dendes Hohlwellenstück (35 a), durch ein zweites, über ein anderes Universalgelenk (44) mit einer Abtriebsseite zu verbindendes Hohlwellenstück (35 b) und durch eine jeweils mit dem ersten sowie zweiten Hohlwellenstück verbundene Visko-Kupplung (46).

2. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenstücke (35 a, 35 b) im wesentlichen die gleiche Länge, ausgehend von der Visko-Kupplung (46), haben.

3. Gelenkwelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenig­ stens ein an wenigstens eines der beiden Wellenstücke geschweißtes Ausgleichgewicht.

4. Gelenkwelle, gekennzeichnet durch ein erstes Hohlwellen­ stück (32), das durch ein Universalgelenk (38) mit einer Antriebsseite zu verbinden ist, durch ein zweites Hohlwel­ lenstück (34), das durch ein anderes Universalgelenk (40) mit dem ersten Hohlwellenstück (32) verbunden ist, durch ein drittes Hohlwellenstück (36), das durch ein weiteres Universalgelenk (42) mit dem zweiten Hohlwellenstaück (34) verbunden und durch ein weiteres Universalgelenk (44) an eine Abtriebsseite anzuschließen ist, und durch eine in eines der ersten bis dritten Wellenstücke eingesetzte Visko-Kupplung (46).

5. Gelenkwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Visko-Kupplung (46) in das mittige Wellenstück (34) eingegliedert ist.

6. Gelenkwelle nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Visko-Kupplung (46) enthaltende Wellenstück den gleichen Außendurchmesser wie die anderen Wellenstücke (32, 36) hat.

7. Verfahren zur Herstellung einer Gelenkwelle, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - Abstützen eines ersten und zweiten, mit einer Visko- Kupplung verbundenen und diese zwischen sich einschlie­ ßenden Wellenstücks durch ein Paar von Lagern,
• - Drehen des ersten und zweiten Wellenstücks mit zuein­ ander unterschiedlichen Drehzahlen,
• - Erlangen von Unwuchtwerten an jeweiligen Korrekturflä­ chen, die am ersten und zweiten Wellenstück festgesetzt sind, auf der Grundlage von Vibrationsmeßwerten der bei­ den Lager und
• - Korrigieren der Unwuchten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Korrektur der Unwuchten das Anschweißen von einem oder mehreren Ausgleichgewichten an wenigstens einer der Korrekturflächen umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an beiden Seiten der Visko-Kupplung angeordneten La­ ger die Vibrationen bei unterschiedlichen Drehzahlen ge­ trennt erfassen.