DE4011082A1

DE4011082A1 - Antriebswelle

Info

Publication number: DE4011082A1
Application number: DE4011082A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Amborn; Klaus Dr Greulich
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1991-10-10
Also published as: US5287768A; JPH04224337A; JPH0788876B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle, die einstückig durch Umformung hergestellt ist, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges in Form einer Rohrwelle mit einem mittleren Rohrbereich größeren Außendurchmessers, mit beidendig ausgebildeten Endbereichen und mit verzahnten Aufnahmebereichen für Anschlußelemente zur Drehmomentüber tragung.

Aus der DE-PS 30 09 277 ist bereits eine Antriebswelle dieser Art zum Einsatz als Seitenwelle im Antrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Antriebswelle besteht im wesentlichen aus einer Rohrwelle, welche zwei im Durchmes ser abgestufte Enden mit Aufnahmebereichen für die Gelenke aufweist. Der gesamte mittlere Teil der Rohrwelle ist zylindrisch aufgebaut und weist den größten Außendurchmes ser auf. Um eine gleichmäßige mechanische Festigkeit über den gesamten Bereich der Rohrwelle zu erhalten, wird die Wandstärke mit zunehmendem Außendurchmesser verringert. Von Nachteil bei dieser Ausführungsform ist, daß nur auf die mechanische Festigkeit der Welle geachtet wird und eine Abstimmung der Biegeeigenfrequenz auf die jeweiligen Erfordernisse nur sehr begrenzt realisiert werden kann und in der Regel im Bereich einer Anregungsfrequenz des Motor-Getriebe-Systems liegt, so daß störende Schwingungs geräusche nicht vermieden werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine An triebswelle zu schaffen, deren Schwingungsverhalten ver bessert ist, indem eine Einstellung der Eigenfrequenz auf Werte in einem Frequenzbereich minimaler externer Anre gungen mit einfachen konstruktiven Mitteln möglich ist und dadurch eine Reduzierung der Schwingungsgeräusche ermög licht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Antriebswelle rotationssymmetrisch und in Längsrichtung asymmetrisch ausgebildet ist.

Durch die asymmetrische Ausführung der Antriebswelle in Längsrichtung wird eine Verschiebung der Eigenfrequenz auf Werte minimaler externer Anregungsenergie ermöglicht. Eine asymmetrische Ausführung der Antriebswelle kann durch die Verlagerung des Symmetriemittelpunktes im mittleren Rohr bereich oder durch eine Verlagerung des Massenschwerpunk tes außerhalb der Rohrwellenmitte erzielt werden. Erfah rungen haben gezeigt, daß beipielsweise die Verlagerung des Massenschwerpunktes zu einer Wellenseite hin, die im später eingebauten Zustand im Fahrzeug zu den Antriebstei len mit der größeren Masse hinweist, zu einer deutlichen Reduzierung der Schwingungsgeräusche führt. Hierbei bleibt die Rotationssymmetrie der Antriebswelle erhalten.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, daß eine Seite des mittleren Rohrbereiches einen zylindrisch abgestuften Ansatz mit einem kleineren Außen durchmesser oder einem konusförmigen Ansatz aufweist.

Durch die einseitige Verlängerung des mittleren Rohrwel lenbereiches mit einem Ansatz, der zylindrisch oder konus förmig ausgebildet ist, wird eine Verschiebung des Symme triemittelpunktes des mittleren Rohrbereiches der An triebswelle gegenüber der Rohrwellenmitte erzielt, der durch die Länge des Ansatzes in einem weiten Bereich ver änderbar ist und somit auch eine kontinuierliche Verschie bung der Eigenfrequenz zu einem besonders günstigen Be reich ermöglicht. Im mittleren Rohrbereich mit einem zu mindest über den größten Teilbereich gleichbleibenden Außendurchmesser wird die Wandstärke hierbei annähernd gleichgehalten, so daß eine Verlagerung des Symmetriemit telpunktes des mittleren Rohrbereiches erzielt wird. Eine Aufrechterhaltung des Massenschwerpunktes ist durch die Ausbildung einer unterschiedlichen Wandstärke im Ansatzbe reich möglich.

Alternativ ist eine Verlagerung des Massenschwerpunktes durch eine Ausbildung eines variablen Außendurchmessers möglich, wobei die Wandstärke annähernd gleichbleibend ausgebildet ist oder daß sich der Innen- und/oder Außen durchmesser der Antriebswelle im mittleren Rohrbereich zur Rohrwelle hin asymmetrisch und zumindest teilweise konti nuierlich ändert.

Durch die gleichbleibende Wandstärke der Antriebswelle bei gleichem oder variablem Außen- und/oder Innendurchmesser wird eine Querschnittsflächenverteilung erreicht, die funktionsoptimiert ist und die die grundsätzlichen Festig keitsanforderungen erfüllt, wobei die erforderliche Ver drehsteifigkeit eingestellt werden kann und die Eigenre sonanzfrequenz für Biege- und Torsionsschwingungen der Welle den Anforderungen angepaßt werden können. Das heißt, die einzelnen Querschnitte gehen hinsichtlich ihrer Last kapazität bei der Optimierung der Drehsteifigkeit und des akustischen Verhaltens über das mindestens erforderliche Maß ggfs. weit hinaus.

Durch einen asymmetrisch abgestuften Querschnitt der Rohr welle wird ebenfalls eine Änderung der Biegesteifigkeit zur Rohrwellenmitte hin erzielt, die auch eine Verschie bung der Biegeeigenfrequenz erlaubt, wobei die Übergangs bereiche einen konusförmigen Innen- und/oder Außendurch messer aufweisen. Desweiteren kann der Innendurchmesser im mittleren Rohrbereich konstant gehalten werden, wenn sich der Außendurchmesser entsprechend der vorgenannten Aus führungsbeispiele verändert, um eine Asymmetrie der An triebswelle zu ermöglichen.

Der größte Außendurchmesser kann bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen in der Nähe eines Endbereiches aus gebildet sein, wobei die Antriebswelle im mittleren Rohr bereich zwischen dem zweiten Endbereich und dem Ort des größten Außendurchmessers konusförmig oder in Längsrich tung parabelförmig ausgebildet ist.

Alternativ ist es denkbar, daß der größte Außendurchmesser in der Nähe der Rohrwellenmitte oder in der Nähe der bei den Rohrenden ausgebildet ist und wobei der mittlere Rohr bereich zwischen dem größten und kleinsten Außendurchmes ser jeweils konusförmig oder in Längsrichtung parabelför mig ausgebildet ist, so daß eine Änderung der Quer schnittsfläche erreicht wird.

In allen bisher aufgezeigten Fällen wird eine asymme trische Antriebswelle erzielt, welche eine Verschiebung des Symmetriemittelpunktes des mittleren Rohrbereiches und/oder des Massenschwerpunktes aus der Rohrwellenmitte und der Biegeeigenfrequenz ermöglicht, wobei im Falle einer Ausbildung mit einem größten Außendurchmesser in der Nähe der Rohrwellenmitte zudem in etwa die Form der ersten Grundschwingung der Rohrwelle nachgebildet wird und eine zunehmende Vergrößerung des Verformungswiderstandes der Antriebswelle zum größten Außendurchmesser hin erzielt wird.

Desweiteren kann z. B. eine Verschiebung der Biegeeigen frequenz durch eine Ausbildung von zwei unterschiedlichen Außendurchmessern in der Mitte jeweils einer Rohrwellen hälfte oder durch eine Verlagerung gleicher oder unter schiedlicher Außendurchmesser aus der Mitte der jeweiligen Rohrwellenhälfte erreicht werden.

In den Zeichnungen wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit vorderen und hinteren erfindungsgemäßen Antriebswellen,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungs form der Antriebswelle,

Fig. 3-8 jeweils einen Längsschnitt mit einer weiteren Ausführungsform der Antriebswelle.

In Fig. 1 ist ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug 1 syste matisch dargestellt, welches über einen Frontmotor 2 mit einem Getriebe 3 und einem Vorderachsdifferential 4 die Vorderräder 5 über vordere Antriebswellen 6 antreibt. Das Antriebsdrehmoment für die Hinterräder wird vom Vorder achsdifferential 4 abgezweigt und über eine geteilte Längsantriebswelle 8a, 8b einem Hinterachsdifferential 9 zugeführt. Das Hinterachsdifferential 9 treibt über hin tere Antriebswellen 10 die Hinterräder 7 an. Die vorderen und hinteren Antriebsräder 6, 10 sowie die geteilte Längs antriebswelle 8a, 8b können entsprechend der Erfindung ausgebildet sein.

In Fig. 2 bis 8 ist jeweils eine Antriebswelle 6, 8, 10 dargestellt, welche mit ihren verzahnten Aufnahmebereichen an den Endbereichen 11, 12 in entsprechenden Ausnehmungen eines nicht dargestellten inneren Gelenkkörpers aufgenom men werden. Die Wandstärke D₁ ist bei den gezeigten Ausführungsbeispielen über die gesamte Länge des mittleren Rohrwellenbereiches R_m unverändert. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Wandstärke D₁ im mittleren Rohrbereich R_m der Rohrwelle sich kontinuierlich ändert und asymme trisch zur Rohrwellenmitte M hin ausgebildet ist oder daß die Rohrwelle im Querschnitt einen stufenförmigen Verlauf aufweist. In Fig. 2, 3 und 5 ist jeweils der symmetrische mittlere Rohrbereich R_m mit dem Symmetriemittelpunkt und in Fig. 4, 6 bis 8 der Massenschwerpunkt aus der Rohrwel lenmitte M verschoben, so daß in allen Ausführungsbeispie len eine Asymmetrie der Antriebswelle 6, 8, 10 vorliegt.

Fig. 2 zeigt beispielsweise eine zylindrische Antriebswel le 6, 8, 10 mit einer gleichbleibenden Wandstärke D₁ im mittleren Rohrbereich R_m und einem einseitig ausgebilde ten Ansatz 13 mit unterschiedlicher Wandstärke D₂, der ebenfalls zylindrisch mit abgestuftem Außendurchmesser D_a ausgeführt ist und den Endbereich 11 der Antriebswel le 6, 10 verlängert. Durch den Ansatz 13 wird der Symme triemittelpunkt des mittleren Rohrbereiches R_m aus der Rohrwellenmitte M verschoben, wobei anstatt eines zylin drischen Ansatzes 13 auch ein konischer Ansatz denkbar wäre und der Bereich zwischen den unterschiedlichen Außen durchmessern D_a durch konusförmige Übergänge erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine Antriebswelle 6, 8, 10, welche in der Nähe der Rohrwellenmitte M den größten Außendurchmesser D_max und eine gleichbleibende Wandstärke D₁ aufweist. Eine Verschiebung des größten Außendurchmessers D_max aus der Rohrwellenmitte M und damit eine Verschiebung des Symmetriemittelpunktes des mittleren Rohrbereiches R_m aus der Rohrwellenmitte M erfolgt durch verlängerte zylin drische Ansätze 13 auf beiden Seiten der Endbereiche 11, 12, wobei der Ansatz 13 auf der dem Endbereich 11 zugeord neten Seite länger und beide mit einem kleineren Außen durchmesser D_a ausgebildet sind. Der Bereich zwischen dem größten und kleinsten Außendurchmesser D_a der An triebswelle 6, 8, 10 ist jeweils konusförmig ausgebildet.

Fig. 4 zeigt eine Antriebswelle 6, 8, 10 mit einem größten Außendurchmesser D_max, der in der Nähe eines Endberei ches 11, 12 ausgebildet ist. Im Bereich zwischen dem kleinsten und größten Außendurchmesser D_max ist die Antriebswelle 6, 8, 10 ebenfalls konisch ausgebildet und zwischen dem Endbereich 11 und dem größten Außendurchmes ser D_max ist ein zylindrisch abgestufter Ansatz 13 aus gebildet, wobei die Wandstärke D₂ des Ansatzes 13 gegen über der Wandstärke D₁ des konischen Bereiches unter schiedlich ausgebildet ist.

Fig. 5 zeigt eine Antriebswelle 6, 8, 10 mit jeweils einem größten Außendurchmesser D_max in der Nähe der beiden Endbereiche 11, 12, wobei die Ansätze 13 zwischen dem größten Außendurchmesser D_max und den Endbereichen 11, 12 jeweils konisch mit einer unterschiedlichen axialen Länge ausgebildet sind. Der mittlere Rohrbereich R_m zwischen den beiden größten Außendurchmessern D_max und dem kleinsten Außendurchmesser D_a ist ebenfalls konisch ausgeführt.

Fig. 6 und 7 zeigt jeweils eine Antriebswelle 6, 8, 10 mit einem größten Außendurchmesser D_max in der Nähe eines Endbereiches 11 und einem konischen Verlauf des mittleren Rohrbereiches bis zum gegenüberliegenden Endbereich 12. Auf der Seite des größten Außendurchmessers D_max ist ein kurzer konischer Übergangsbereich vorhanden, der durch einen zylindrisch abgestuften Ansatz 13 verlängert ist und in den Endbereich 11 übergeht. Die Wandstärke D₂ ist im Ansatzbereich gegenüber der Wandstärke D₁ des mittleren Rohrbereichs R_m unterschiedlich ausgeführt. Die beiden Fig. 6, 7 unterscheiden sich hinsichtlich des größten Außendurchmessers D_max auf der einen Rohrwellenseite und ihrem Abstand zum Endbereich 11.

In Fig. 8 ist eine Antriebswelle 6, 8, 10 dargestellt, welche jeweils einen größten unterschiedlichen Außendurch messer D_max in der Nähe der Mitte jeder Rohrwellenhälfte 14, 15 aufweist und wobei der kleinste Außendurchmesser D_a außerhalb der Rohrwellenmitte M liegend ausgebildet ist. Der Endbereich 11 ist hierbei wie in Fig. 7 beschrie ben durch einen zylindrischen Ansatz 13 verlängert und die Bereiche zwischen den unterschiedlichen Außendurchmessern D_max und dem kleinsten Außendurchmesser D_a sind je weils konisch ausgebildet.

Bezugszeichenliste

1 Kraftfahrzeug
2 Frontmotor
3 Getriebe
4 Vorderachsdifferential
5 Vorderrad
6 Antriebswelle
7 Hinterrad
8, 8a, 8b Längsantriebswelle
9 Hinterachsdifferential
10 Antriebswelle
11, 12 Endbereich
13 Ansatz
14, 15 Rohrwellenhälfte
D₁ Wandstärke des mittleren Rohrbereiches
D₂ Wandstärke des Ansatzes
D_a Außendurchmesser
D_max maximaler Außendurchmesser
M Rohrwellenmitte
M₁ Mitte der ersten Rohrwellenhälfte
M₂ Mitte der zweiten Rohrwellenhälfte
R_m mittlerer Rohrwellenbereich

Claims

1. Antriebswelle (6, 8, 10), die einstückig durch Umfor mung hergestellt ist, insbesondere im Antrieb eines Kraftfahrzeuges (1) in Form einer Rohrwelle mit einem mittleren Rohrbereich (R_m) größeren Außendurchmes sers (D_a), mit beidendig ausgebildeten Endbereichen (11, 12) und mit verzahnten Aufnahmebereichen für Anschlußelemente zur Drehmomentübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (6, 8, 10) rotationssymmetrisch und in Längsrichtung asymmetrisch ausgebildet ist.

2. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) der Antriebswelle (6, 8, 10) in Längsrichtung symmetrisch und der Symme triemittelpunkt des mittleren Rohrbereiches (R_m) außerhalb der Rohrwellenmitte (M) liegend ausgebildet ist.

3. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenschwerpunkt der Antriebswelle (6, 8, 10) außerhalb der Rohrwellenmitte (M) angeordnet ist.

4. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des mittleren Rohrbereiches (R_m) einen zylindrisch abgestuften Ansatz (13) mit einem kleineren Außendurchmesser (D_a) aufweist.

5. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des mittleren Rohrbereiches (R_m) einen konusförmigen Ansatz (13) aufweist.

6. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) zumindest über den größten Teilbereich einen gleichbleibenden Außendurch messer (D_a) aufweist und die Wandstärke (D₁) an nähernd gleichgehalten ist.

7. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (D₁) des mittleren Rohrbereiches (R_m) bei variablem Außendurchmesser (D_a) annähernd gleichgehalten ist.

8. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innen- (D_i) und/oder Außendurchmesser (D_a) des mittleren Rohrbereiches (R_m) asymmetrisch zur Rohrwellenmitte (M) zumindestens teilweise konti nuierlich ändert.

9. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) im Durchmesser asymmetrisch abgestuft ausgebildet ist, wobei die Übergangsbereiche zwischen den abgestuften Durchmes serbereichen einen konusförmigen Innen- (D_i) und/ oder Außendurchmesser (D_a) aufweisen.

10. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D_i) im mittleren Rohr bereich (R_m) konstant gehalten ist.

11. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser (D_max) des mittleren Rohrbereiches (R_m) in der Nähe eines Endbereiches (11, 12) ausgebildet ist.

12. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) mindestens zwi schen einem Endbereich (11, 12) und dem Ort des größ ten Außendurchmessers (D_max) konusförmig oder in Längsrichtung parabelförmig ausgebildet ist.

13. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser (D_max) des mittleren Rohrbereiches (R_m) in der Nähe der Rohrwellenmitte (M) ausgebildet ist.

14. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser (D_max) des mittleren Rohrbereiches (R_m) jeweils in der Nähe der beiden Endbereiche (11, 12) ausgebildet ist.

15. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) zwischen dem größ ten und kleinsten Außendurchmesser (D_a) jeweils konusförmig oder in Längsrichtung parabelförmig ausge bildet ist.

16. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte (M₁, M₂) jeder Rohrwellenhälfte (14, 15) ein unterschiedlicher maximaler Außendurch messer (D_max) ausgebildet ist.

17. Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Mitte (M₁, M₂) jeder Rohrwel lenhälfte (14, 15) ein gleicher oder unterschiedlicher Außendurchmesser (D_max) ausgebildet ist.

18. Verwendung einer Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenschwerpunkt der Antriebswelle im einge bauten Zustand im Kraftfahrzeug zu den An- oder Ab triebsteilen mit der größeren Masse hinweist.

19. Verwendung einer Antriebswelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Rohrwellenmitte M verschobene Symme triemittelpunkt des mittleren Rohrbereiches (R_m) im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug zu den An- oder Abtriebsteilen mit der größeren Masse hinweist.