DE3844031A1

DE3844031A1 - Ausgewuchtete welleneinheit und auswuchtverfahren dafuer

Info

Publication number: DE3844031A1
Application number: DE3844031A
Authority: DE
Inventors: Norman C Kerecman
Original assignee: AO Smith Corp
Current assignee: AO Smith Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1989-07-06
Also published as: US4887989A; GB2213234A; GB8828971D0; JPH01203710A; KR890010435A; BR8806926A

Description

Es ist bekannt, daß industriell hergestellte Antriebswel len, z. B. Antriebswellen für Kraftfahrzeuge, keinen gleichförmigen Zylinderquerschnitt aufweisen und über ihre Länge nicht vollkommen gerade sind. Ferner kann die Welle Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Wandstärke aufweisen. Diese Unregelmäßigkeiten in bezug auf Geometrie und Mate rial führen zu einem Mißverhältnis zwischen Schwere- und Rotationsachse und resultieren damit in einer exzentrischen Belastungs-Unwucht. Diese Unwucht kann wiederum zu über mäßig hohen Lagerbelastungen im Betrieb führen, die durch aus der unwuchtigen Massenverteilung resultierendes Drehen und Schlagen der Welle noch schwerwiegender werden.

Bei Wellen aus Stahl ist es üblich, die Welle durch An schweißen kleiner Gewichte an das Wellenende auszuwuchten. Kleine Ausgleichsgewichte werden am Jochhülsenbereich der Enden der Antriebswelle angebracht, weil das Anschweißen der Gewichte an die dünnwandige Hülse zu Warmverformungen führen kann, die in einem Durchbiegen der Welle resultie ren, was wiederum zu einer zusätzlichen Unwucht führt.

Bei Antriebswellen aus Verbundwerkstoff, z. B. solchen aus faserverstärktem Kunststoff, können keine Gewichte an der Welle angeschweißt werden, so daß die Welle in anderer Weise ausgewuchtet werden muß.

Die US-PS 41 70 896 beschreibt ein Verfahren zum Auswuchten einer Hochdrehzahl-Antriebswelle unter Anwendung von selbsthaftendem Aluminiumband. Gemäß dem dort beschriebenen Verfahren wird die Unwucht an einer Vielzahl Stationen ent lang der Länge der Welle gemessen, und das Aluminiumband wird als fortlaufender Streifen im wesentlichen zickzack- förmig über die Länge der Welle angebracht, um die Welle auszuwuchten.

Die Erfindung richtet sich auf eine dynamisch ausgewuchtete Antriebswelle und ein Auswuchtverfahren dafür. Die rohrför mige Welle, die entweder aus Metall oder aus Verbundwerk stoff bestehen kann, ist normalerweise für einen Betrieb unterhalb der ersten kritischen Drehzahl ausgelegt. Gemäß der Erfindung wird ein aus Metall oder einem anderen Werk stoff hoher Dichte bestehendes kleines Gewicht an einer oder mehreren voneinander beabstandeten Stellen an der Welle durch ein mechanisches Befestigungselement, z. B. einen Niet, befestigt, um dadurch die Welle dynamisch aus zuwuchten.

In der Praxis hat das Gewicht, das z. B. aus Stahl bestehen kann, normalerweise eine Dicke von weniger als 6,35 mm und eine Fläche von weniger als 12,9 cm². Das Gewicht kann gewölbt sein, so daß es an die Zylinderkontur der Welle angepaßt ist.

Sowohl die Welle als auch das Gewicht weisen miteinander fluchtende Öffnungen auf, und der Kopf eines selbstkleben den Sackloch-Niets bzw. Befestigungselements wird durch die miteinander fluchtenden Öffnungen von der Außenseite der Welle eingesetzt, und das Innenende des Niets wird ge staucht, so daß eine mechanische Verbindung zwischen dem Gewicht und der Welle erhalten wird.

Zusätzlich kann zwischen dem Gewicht und der Außenfläche der Welle eine haftende Dichtungsmasse vorgesehen werden, um das Gewicht mit der Welle zu verbinden und die Grenz fläche zwischen beiden abzudichten.

Durch die Erfindung wird ein schnelles und wirksames Ver fahren zum Auswuchten von entweder aus Metall oder Verbund werkstoff bestehenden Antriebswellen angegeben. Durch An wendung dieses Verfahrens bei aus Stahl oder Metall beste henden Antriebswellen entfällt das Anschweißen von Gewich ten an die Welle, so daß keine teuren Schweißgeräte benö tigt und durch das Schweißen eintretende Warmverformungen vermieden werden.

Durch die Anwendung des Klebstoffs wird die Befestigungs fläche des Gewichts an der Welle vergrößert, wodurch Span nungskonzentrationen im Bereich des Gewichts minimierbar sind. Ferner dient der Klebstoff als Dichtmasse, so daß Wasser bzw. andere Flüssigkeiten nicht durch die Öffnung in das Welleninnere eindringen und wiederum zu einer Unwucht der Welle führen können.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer gemäß der Erfin dung ausgewuchteten Antriebswelle; und

Fig. 2 eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht der Antriebswelle, wobei die Befestigung des Gewichts an der Welle zu sehen ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Antriebswelleneinheit 1, bestehend aus einer Welle 2 und Endjochen 3, die durch Anbringen mehrerer kleiner Gewichte 4 ausgewuchtet ist, die an der Welle mit Nieten 5 oder anderen mechanischen Befe stigungselementen befestigt sind. Die Erfindung ist ins besondere bei Kraftfahrzeugantriebswellen anwendbar, die eine Länge von ca. 1,8 m haben und bei Drehzahlen unter den ersten kritischen Drehzahlen laufen. Normalerweise läuft eine derartige Welle im Betrieb mit Drehzahlen von weniger als 6000 U/min, im allgemeinen im Bereich von 0-3000 U/min um.

Die Welle 2 ist rohrförmig und kann entweder aus einem Metall wie Stahl oder aus einem Verbundwerkstoff wie faser verstärktem Kunststoff bestehen. Im letzteren Fall besteht die Welle 2 normalerweise aus im wesentlichen fortlaufenden Fasern eines Materials wie Glas oder Graphit, die in meh reren übereinanderliegenden Lagen gewickelt sind, um die Welle zu bilden. Dabei können in üblicher Weise verschie dene Windungsmuster angewandt werden, wobei die Fasern unter irgendeinem gewünschten Schrägungswinkel verlaufen.

Bei einer Welle aus Verbundwerkstoff ist das Fasermaterial mit Hilfe eines härtbaren Harzes wie eines Epoxid- oder Polyesterharzes verklebt.

Die Ausgleichsgewichte 4 bestehen bevorzugt aus einem Metall hoher Dichte und haben im wesentlichen eine Dicke von weniger als ca. 6,3 mm, eine Fläche von weniger als 12,9 cm² und eine Dichte von 2,7-8,3 g/cm³. Die Gewichte 4 können, wie Fig. 2 zeigt, gewölbt sein, so daß sie an die Zylinderform der Welle anpaßbar sind. Die Gewichte 4 können verschiedene Konfigurationen, d. h. viereckig, oval, kreis förmig etc., haben.

Ein Niet 5, der bevorzugt ein üblicher Sackloch-Niet ist, hat einen Nietkopf 6, der an der Außenseite der Welle 2 liegt, und einen Nietschaft 7, der miteinander fluchtende Öffnungen 8 und 9 in der Welle 2 und dem Gewicht 4 durch setzt. Das innere Ende des Niets 5 ist gestaucht, wie bei 10 ersichtlich ist, um eine mechanische Verbindung zwischen Gewicht 4 und Welle 2 herzustellen.

Ferner ist zwischen dem Gewicht 4 und der Außenfläche der Welle 2 eine Schicht einer haftenden Dichtungsmasse 11 vorgesehen. Dieser Klebstoff 11 kann ein Epoxidkleber, ein Kleber auf Urethanbasis, ein polymeres Elastomer, ein Cyanoacrylat-Kleber, doppelseitig beschichtetes Selbst klebeband od. dgl. sein. Die Schicht 11 hat die Funktion, die Innenfläche des Gewichts mit der Welle 2 zu verbinden, und dient als Dichtmasse, so daß Wasser oder andere Stoffe nicht durch die Öffnung 8 in das Welleninnere eindringen können. Jede Ansammlung von Feuchtigkeit oder anderen Stof fen im Welleninneren kann zu einer Unwucht der Welle im Betrieb führen. Ferner vergrößert die Klebstoffschicht die Kontaktfläche zwischen dem Gewicht und der Welle, so daß die Spannungen über eine größere Fläche verteilt und das Auftreten von Spannungskonzentrationen im Bereich des Niets 5 verhindert werden.

In manchen Fällen können Gewichte 4 nur an einem oder bei den Enden der Welle 2 angebracht werden, während in anderen Fällen (vgl. Fig. 1) Gewichte 4 nicht nur an den Wellen enden befestigt sind, sondern ein Gewicht auch am Mitten abschnitt der Welle angebracht ist.

Die Zeichnung zeigt zwar die Befestigung des Gewichts an der Welle 2 mit Hilfe eines Niets 5, aber der Niet kann durch andere mechanische Befestigungselemente ersetzt werden.

Beim Auswuchten werden die Welleneinheit 1 aus der Welle 2 und den daran befestigten Jochen 3 zuerst in konventionel ler Weise auf einer Auswuchtmaschine in Rotation versetzt, um die Unwuchtstellen zu ermitteln. Dann werden an den Stellen, an denen Gewichte 4 anzubringen sind, eines oder mehrere Löcher 8 in die Welle gebohrt, und der jedes Loch 8 umgebende Wellenbereich wird mit einem geeigneten Lösungs mittel gereinigt. Dann wird auf die Unterseite des Gewichts 4 Klebstoff 11 aufgebracht, und das Gewicht wird so auf die Welle aufgelegt, daß die Löcher 8 und 9 miteinander fluch ten. Dann wird der Sackloch-Niet 5 durch die miteinander fluchtenden Löcher eingesetzt, wobei der Nietkopf 6 an der Außenfläche des Gewichts 4 anliegt. Das innere Ende des Niets wird dann in konventioneller Weise gestaucht, um die mechanische Verbindung zwischen dem Gewicht 4 und der Welle 2 herzustellen.

Die Klebstoffschicht dient nicht nur zum Abdichten der Verbindung zwischen Gewicht 4 und Welle 2, sondern verbin det das Gewicht fest mit der Welle, so daß das Gewicht nicht klappert, falls sich die Nietverbindung im Betrieb lockert. Beim Auswuchten der Welle muß natürlich das Ge wicht des Niets 5 zusammen mit dem Gewicht 4 selbst berück sichtigt werden.

Da die Welle normalerweise hinsichtlich des E-Moduls über dimensioniert ist, ergibt sich durch das in der Welle gebildete Loch 8 nur eine unbedeutende Verringerung des E-Moduls, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Welle nicht nachteilig beeinflußt werden.

Durch die Erfindung wird ein schnelles und wirksames Ver fahren zum exakten Auswuchten eines rohrförmigen Elements bzw. einer Antriebswelle angegeben. Die Erfindung ist sowohl mit Metall- als auch mit Verbundwerkstoff-Antriebs wellen anwendbar, und im Fall von Metallwellen entfällt der bisher übliche Schweißvorgang und damit die eventuell hieraus resultierenden Nachteile hinsichtlich einer Warm verformung.

Claims

1. Ausgewuchtete Welleneinheit mit wenigstens einer rohr förmigen Welle, gekennzeichnet durch wenigstens ein Gewicht (4), das an der Außenfläche der Welle (2) anliegt und an einer Stelle zur dynamischen Auswuchtung der Welle angeordnet ist, wobei die Welle und das Gewicht miteinander fluchtende Öffnungen (8, 9) aufweisen, und ein mechanisches Befestigungselement (5), das die Öff nungen (8, 9) durchsetzt, um das Gewicht an der Welle festzu legen.

2. Einheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Klebstoffschicht (11) zwischen dem Gewicht (4) und der Außenfläche der Welle (2).

3. Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht eine Dichte von 2,7-8,3 g/cm³ hat.

4. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht eine Dicke von weniger als 6,3 mm und eine Fläche von weniger als 12,9 cm² hat.

5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht in Anpassung an die Form der Welle gewölbt ist.

6. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement ein Niet (5) ist.

7. Ausgewuchtete Welleneinheit mit einer rohrförmigen Welle, gekennzeichnet durch ein an der Welle (2) angebrachtes Gewicht (4), wobei Welle und Gewicht miteinander fluchtende Öffnungen (8, 9) auf weisen, einen Niet (5), dessen Nietkopf (6) auf der Außen fläche des Gewichts (4) liegt und dessen Nietschaft (7) die miteinander fluchtenden Öffnungen durchsetzt, wobei das innere Ende (10) des Niets gestaucht ist unter Bildung einer mechanischen Verbindung zwischen Gewicht und Welle, und eine zwischen dem Gewicht und der Außenfläche der Welle angebrachte Klebstoffschicht (11).

8. Ausgewuchtete Antriebswelleneinheit mit einer rohrför migen Welle (2) und jeweils einem Joch (3) an den Wellen enden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (2) wenigstens ein Gewicht (4) angebracht ist, daß die Welle (2) und das Gewicht (4) miteinander fluchtende Öffnungen (8, 9) aufweisen, daß das Gewicht in Anpassung an die Form der Welle gewölbt ist und eine Dicke von weniger als 6,3 mm sowie eine Fläche von weniger als 12,9 cm² hat, daß zwischen dem Gewicht und der Außenfläche der Welle eine Klebstoffschicht (11) angebracht ist und daß ein Sackloch-Niet (5) die miteinander fluchtenden Öffnungen durchsetzt und das Gewicht an der Welle festlegt.

9. Verfahren zum Auswuchten einer Welle, gekennzeichnet durch
Drehen der Welle um ihre Achse zur Bestimmung der Unwucht stellen,
Ausbilden einer Öffnung in der Welle am Bereich der Un wucht,
Anbringen eines Gewichts an der Außenfläche der Welle, wobei das Gewicht eine Öffnung aufweist,
Ausrichten der Öffnung im Gewicht mit der Öffnung in der Welle und
Einsetzen eines Niets durch die fluchtenden Öffnungen zum Festlegen des Gewichts an der Welle.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Anbringen einer Klebstoffschicht an der Zwischenfläche zwischen dem Gewicht und der Welle, bevor der Niet durch die fluchtenden Öffnungen eingesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Niet einen Niet kopf und einen Nietschaft hat, gekennzeichnet durch Einsetzen des Nietschafts durch die fluchtenden Öffnungen von der Wellenaußenseite, wobei der Nietkopf an der Außen fläche des Gewichts anliegt, und Stauchen des inneren Endes des Nietschafts unter Bildung der mechanischen Verbindung.