DE4020998C2

DE4020998C2 -

Info

Publication number: DE4020998C2
Application number: DE4020998A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 5206 Neunkirchen De Amborn; Klaus Dr.-Ing. 5461 Hollig De Greulich
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1992-07-02
Also published as: US5354237A; JPH04262111A; DE4020998A1

Description

Die Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Hohl- oder Vollwelle, insbesondere einstückig durch Umformung hergestellte Antriebswelle für Kraftfahrzeuge, mit min destens einer auf den äußeren Umfang des Wellenkörpers aufgeschobenen, fest mit dem Wellenkörper verbundenen Hülse zur Dämpfung von Wellenschwingungen.

Aus der US 20 01 165 ist eine Welle dieser Art mit einem zylindrisch geformten Wellenkörper bekannt, auf den im mittleren Bereich Hülsen zur Dämpfung der Eigenschwin gungen aufgeschoben sind. Die Oberfläche des Wellen körpers und die der Hülsen ist hierbei glatt ausgebildet, so daß zwar eine Dämpfung der Welle erreicht wird, jedoch besteht keine Möglichkeit, die Torsions- und Biegeeigen schaften der Welle gezielt und möglichst unabhängig von einander zu beeinflussen, um das Schwingungsverhalten an den jeweiligen Fahrzeugtyp anzupassen. Die Torsionseigen schaften beinhalten hierbei den maximal zulässigen Ver drehwinkel und die Torsionseigenfrequenz. Die Erfahrungen zeigen, daß neben den Biegeeigenschaften auch die Tor sionseigenschaften gleichrangig behandelt werden müssen.

Die Verwendung von glatten Hülsen für Antriebsspindeln bzw. Wellen ist desweiteren auch aus der CH 6 59 113 und der GB 14 62 170 bekannt. Aus der DE-PS 9 51 066 ist eine Anordnung aus konzentrischen Rohrstücken für eine Welle bekannt, die eine Beeinflussung der Eigenschwingungen ermöglichen soll. Eine getrennte Einflußnahme auf die Biege- und Torsionseigenschaften ist jedoch nicht möglich.

Ferner ist aus der DE-AS 15 75 388 die Verwendung von genuteten oder mit Längsstegen versehenen Wellenkörpern bekannt, wobei die Nuten bzw. Zwischenräume mit einem viskoelastischen Dämpfungsmaterial ausgefüllt werden, um die Drehschwingungen der Welle zu verringern. Eine Beein flussung der Biegeschwingungen ist durch diese Maßnahmen nur in geringem Umfang möglich.

Aus der DE-PS 30 09 277 ist eine Welle zum Einsatz als Seitenwelle im Antrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt, die im wesentlichen aus einer Hohlwelle besteht, welche zwei stufenförmige Enden mit Aufnahmebereichen für die Gelenke aufweist. Der gesamte mittlere Teil der Hohlwelle ist zylindrisch aufgebaut und weist den größten Außendurch messer auf. Um eine gleichmäßige mechanische Festigkeit über den gesamten Bereich der Hohlwelle zu erhalten, wird die Wandstärke mit zunehmendem Außendurchmesser verrin gert. Die herkömmlichen Hohlwellen weisen eine glatte zylindrische, konische oder parabelförmige Oberfläche auf und sind entsprechend den auftretenden Drehmomenten und Festigkeitsanforderungen dimensioniert. Einer Abstimmung der Biege- und Torsionseigenfrequenz der Welle auf die jeweiligen Fahrzeugverhältnisse kann hierbei nur bedingt Folge geleistet werden, da die Wellen entweder nicht in dem zur Verfügung stehenden Bauraum unterzubringen sind, nicht gefertigt werden können oder nach einer Schwingungs optimierung zu schwer sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle zu schaffen, deren Biege- und/oder Torsionseigenschaften durch einfache konstruktive Maßnahmen nachträglich verän dert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hülsen zur weiteren Anpassung der Biege- Torsions- und Schwingungseigenschaften der Welle an vorgegebene Anwen dungsbedingungen auf ihren freien Oberflächen Erhebungen und/oder Vertiefungen in Form von Rippen, Noppen bzw. Nuten aufweisen.

Durch die Anbringung von Erhebungen oder Vertiefungen auf der freien Oberfläche der Hülse, die nicht zur Befestigung von Teilen oder als Montagehilfe dienen, wird eine Ver steifung der Welle erzielt, die z. B. bei einer gleichblei benden Biegeeigenschaft eine Veränderung der Torsionsei genschaft in einem weiten Bereich ermöglicht. Ebenso können auch die Biegeeigenschaften bei einer gleichblei benden Torsionseigenschaft oder Biege- und Torsionseigen schaften gemeinsam verändert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die in der Wellenwand verlaufenden Kör perschallschwingungen durch derartige Impedanz-Sprünge auf der Außenkontur der Welle mit Hülse gestört bzw. behindert werden, wobei die Erhebungen und/oder Vertiefungen auf der Oberfläche der Hülse eine weitere Dämpfung bewirken. Die Erhebungen können hierbei in Form von Rippen oder Noppen und die Vertiefungen in Form von Nuten ausgebildet sein, die in Axial- und/oder Umfangsrichtung oder spiralförmig verlaufen. Bei spiralförmigen Rippen, Nuten oder Noppen ist eine ein- oder mehrgängige Anordnung auf der Ober fläche möglich. Ebenso können die Rippen oder Nuten ein- oder mehrreihig in eng nebeneinander verlaufenden Gruppen zusammengefaßt angeordnet sein. Bei spiralförmig verlau fenden Nuten oder Rippen ist zudem eine Anordnung auf der Oberfläche der Hülse in links- oder rechtsdrehender Rich tung oder sich kreuzend möglich, so daß eine Erhöhung der Torsions- und Biegesteifigkeit in einem bestimmten Ver hältnis erzielt wird. Eine Kombination der unterschiedlich verlaufenden Rippen, Nuten oder Noppen ist hierbei eben falls durchaus denkbar.

Durch die auf den äußeren Umfang der Welle aufgeschobenen Hülsen wird somit eine Verschiebung der Biege- und Tor sionseigenfrequenz auf Werte minimaler externer Anregungs energie nach Fertigung der Welle ermöglicht. Für die Hülse wird hierbei ein Werkstoff mit einem hohen Elastizitätsmo dul und einem geringen spezifischen Gewicht verwendet, so daß eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht erzielt wird. Die Hülse wird mit der Welle fest verbunden und deckt den äußeren Umfang des Wellenkörpers zumindest par tiell ab. Die Hülsen können hierbei symmetrisch oder asymmetrisch in dem axial mittleren Bereich der Welle angeordnet werden, wobei eine asymmetrische Anordnung der Hülsen eine Verlagerung des Massen- oder Symmetrieschwer punktes ermöglicht.

Die Erfahrungen haben gezeigt, daß beispielsweise die Verlagerung des Massenschwerpunktes zu einer Wellenseite hin, die im später eingebauten Zustand im Fahrzeug zu den Antriebsteilen mit der größeren Masse hinweist, zu einer deutlichen Reduzierung der Schwingungsgeräusche führt. Hierbei bleibt die Rotationssymmetrie der Welle erhalten. Die Hülsen können aus einem Rohrabschnitt oder mehreren Rohrsegmenten bestehen und in einer ersten Ausführungsform rotations- und axialsymmetrisch geformt sein. Weitere Ausführungsformen können durch die verschiedenartigen Erhebungen und/oder Vertiefungen von der axialsymme trischen Form abweichen.

Die aus Rohrabschnitten gebildeten Hülsen können bei spielsweise auf den Wellenkörper aufgepreßt sein und die Rohrsegmente können aufgeschweißt werden, wobei eine Kom bination der verschiedenartigen axial aufeinanderfolgenden Hülsen auf dem äußeren Umfang des Wellenkörpers denkbar ist.

Im Falle einer asymnetrischen Welle, welche eine Verschie bung des Symmetriemittelpunktes und/oder des Massenschwer punktes aus der Rohrwellenmitte aufweist, wird eine indi viduelle Anpassung an jeden Fahrzeugtyp ermöglicht, wobei eine Welle aus der laufenden Produktion verwendet werden kann und eine Einstellung der Biege- und Torsionseigen frequenz durch die Hülsen erfolgt.

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

Es zeigt

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit vorderen und hinteren er findungsgemäßen Wellen,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Welle mit glatten Hülsen,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Welle mit gerippten Hülsen,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung A-A und B-B zweier Hülsen gemäß Fig. 3.

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 Wellen 6 antreibt. Das An triebsdrehmoment für die Hinterräder wird vom Vorderachs differential 4 abgezweigt und über eine geteilte Längsan triebswelle 8, 9 einem Hinterachsdifferential 10 zuge führt. Das Hinterachsdifferential 10 treibt über hintere Wellen 11 die Hinterräder 7 an. Die vorderen und hinteren Wellen 6, 11 sowie die geteilte Längsantriebswelle 8, 9 können entsprechend der Erfindung ausgebildet sein.

In Fig. 2 und 3 ist eine Welle 6, 8, 9, 11 dargestellt, welche teilweise eine Verzahnung 12 an den Endbereichen 13, 14 aufweist. Die Verzahnung 12 greift in eine ent sprechende Ausnehmung eines nicht dargestellten inneren Gelenkkörpers ein. Die Wellen 6, 8, 9, 11 weisen im mitt leren Bereich R_m eine zylindrische Oberfläche 15 auf, wobei der Übergangsbereich 16 zwischen mittlerem Bereich R_m und Endbereich 13, 14 konisch ausgebildet ist und eine Nut 24 für eine abdichtende Gummimanschette besitzt.

Auf dem mittleren Bereich R_m sind beispielsweise zwei Hülsen 17 aufgeschoben und fest mit der Oberfläche 15 der Welle 6, 8, 9, 11 verbunden. Die Hülsen 17 sind zylin drisch geformt und besitzen eine Oberfläche 18 und eine Bohrung 19, die dem Außendurchmesser D_a des mittleren Bereiches R_m angepaßt ist. In Fig. 2 weisen die Hülsen 17 eine glatte Oberfläche 18 auf, während in Fig. 3 auf der Oberfläche 18 der linken Hülse 17 in Axialrichtung verlaufende Rippen 20 und auf der Oberfläche 18 der rech ten Hülse 17 schräg verlaufende Rippen 21 angeordnet sind.

Fig. 4a zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Verbin dungslinie A-A durch die linke Hülse 17 und Fig. 4b zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Verbindungslinie B-B durch die rechte Hülse 17 der Fig. 3. Die Rippen 20, 21 sind schraffiert dargestellt und die Nuten 22, 23 werden jeweils durch zwei benachbarte Rippen 20, 21 gebildet, die radial nach außen gerichtet auf der Oberfläche 18 der Hülse 17 angeordnet sind. Aus den Schnittdarstellungen ist auch entnehmbar, daß die Hülsen 17 sowohl für Hohlwellen als auch für Vollwellen verwendet werden können.

Bezugszeichenliste

1 Kraftfahrzeug
2 Frontmotor
3 Getriebe
4 Vorderachsdifferential
5 Vorderräder
6 Welle
7 Hinterräder
8, 9 Längsantriebswelle
10 Hinterachsdifferential
11 Welle
12 Verzahnung
13, 14 Endbereich
15 Oberfläche der Welle
16 Übergangsbereich
17 Hülse
18 Oberfläche der Hülse
19 Bohrung der Hülse
20, 21 Rippe
22, 23 Nut
24 Nut der Welle

Claims

1. Drehmomentübertragende Hohl- oder Vollwelle (6, 8, 9, 11), insbesondere einstückig durch Umformung herge stellte Antriebswelle für Kraftfahrzeuge (1), mit mindestens einer auf den äußeren Umfang des Wellen körpers aufgeschobenen, fest mit dem Wellenkörper verbundenen Hülse (17) zur Dämpfung von Wellenschwin gungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (17) zur weiteren Anpassung der Biege- Torsions- und Schwingungseigenschaften der Welle (6, 8, 9, 11) an vorgegebene Anwendungsbedingun gen auf ihren freien Oberflächen Erhebungen und/oder Vertiefungen in Form von Rippen (20, 21), Noppen bzw. Nuten (22, 23) aufweisen.

2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (17) asymmetrisch in Axialrichtung in dem axial mittleren Bereich (R_m) der Welle (6, 8, 9, 11) angeordnet sind.

3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (17) aus mehreren Rohrsegmenten be stehen.

4. Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen und/oder Vertiefungen in Axialrich tung, schräg und/oder spiralförmig auf den Oberflächen (18) der Hülsen (17) angeordnet sind.

5. Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Rohrabschnitte ausgebildeten Hülsen (17) auf den Wellenkörper aufgepreßt sind.

6. Welle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Rohrsegmenten gebildeten Hülsen (17) auf den Wellenkörper aufgeschweißt sind.

7. Welle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenartige axial aufeinanderfolgende Hülsen (17) vorgesehen sind.