DE4022692C2

DE4022692C2 - Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle mit einstückig angeformten Gelenkkomponenten und danach hergestellte Antriebswelle

Info

Publication number: DE4022692C2
Application number: DE19904022692
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Amborn; Klaus Dr Ing Greulich; Herbert Dipl Ing Frielingsdorf
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2010-07-18
Also published as: JPH04316716A; DE4022692A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer An triebswelle aus einem einstückigen rohrförmigen Rohling mit großem Außendurchmesser, insbesondere zur Verwendung im Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem mittleren Rohrbereich und beid endig ausgebildeten Endbereichen, wobei die Endbereiche eine größere Wandstärke als der mittlere Rohrbereich erhalten und an mindestens einem Endbereich eine Gelenkkomponente eines Gelenkes durch Werkstoffumformung wie Hämmern, Schmieden oder Pressen angeformt wird.

Antriebswellen zum Einsatz als Seitenwelle oder Längsantriebs welle in einem Kraftfahrzeug sind bekannt. Die Antriebswellen bestehen im wesentlichen aus einer Rohrwelle mit zwei im Durch messer abgestuften Enden und sind als Voll- oder Hohlwelle aus gebildet. Die Hohlwellen werden beispielsweise aus einem Rohling auf das gewünschte Fertigungsmaß gehämmert bzw. gezogen und an beiden Enden durch Rollen oder Ziehen mit Verzahnungsprofilen versehen, um die Drehmomente auf die Gelenkteile, wie z. B. Kugelnaben oder Tripoden, zu übertragen. Die Gelenkteile weisen hierfür Innenverzahnungsprofile auf, die durch Räumen herge stellt werden. Eine Fixierung der Gelenkteile im Profilsitz erfolgt mittels Seeger- oder Sprengringen. Von Nachteil bei dieser Ausführungsart der Antriebswellen sind die hohen Ferti gungskosten und die auftretende Schwächung der Bauteile bzw. die geringe Ausnutzung der Werkstoffkapazität wenn die Wandstärke an die schwächsten Komponenten angepaßt wird, d. h. die Grenzbela stung bei vorgegebener Wandstärke wird in der Regel nicht er reicht und führt hinsichtlich ihrer Wandstärke und ihres Gewich tes zu überdimensionierten Antriebswellen. Desweiteren ist die konstruktive Gestaltung der Hohlwellen und die Gelenkdimensio nierung zu kleinen Größen hin begrenzt.

Aus der DE 25 27 376 C2 ist z. B. eine Antriebswelle bekannt, die als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei ein äußeres Gelenkteil einstückig aus dem Rohrkörper ausgeformt ist und sphärische Kugellaufbahnen in Achsrichtung aufweist. Von Nachteil bei die ser Ausführung einer Antriebswelle ist, daß durch die dünnwandi gen Gelenkteile mit im wesentlichen gleicher Wandstärke nur geringe Kräfte übertragen werden können. Bei besonders hohen mechanischen und dynamischen Anforderungen sind die Kugellauf bahnen durch Anbringen eines Außenringes bzw. Innenringes zu versteifen, wodurch die Fertigungskosten und der Herstellungs aufwand beträchtlich vergrößert wird.

Aus der DE 30 09 277 C2 ist eine Antriebswelle bekannt, bei der abgestuft von der Mitte nach außen der Durchmesser geringer und die Wandstärke größer wird. Die Endbereiche sind zur Aufnahme von Gelenkinnenteilen mit Längsverzahnungen versehen. Die Ver bindungen mit den Gelenkinnenteilen stellen besondere Schwach stellen dar.

Aus der DE-PS 20 44 724 ist eine gattungsgemäße Antriebswelle bekannt, bei der ein Gelenkaußenteil durch spanlose Formgebung, insbesondere Pressen, Drücken oder Prägen aus einem Rohrkörper ausgeformt wird, wobei der Außendurchmesser des Gelenkaußenteils geringer und die Wandstärke des Endabschnittes größer ist als der ur sprüngliche Rohrkörper.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, eine Antriebswelle mit Gelenkkomponenten kostengün stig und unter Verbesserung der Festigkeitseigenschaften, ins besondere des mittleren Rohrbereiches herzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das vorsieht, daß aus dem zunächst kurzen Rohling mit großer Wand stärke als erstes der mittlere Rohrbereich der Antriebswelle auf eine reduzierte geringere Wandstärke gehämmert und/oder abge streckt wird.

Durch dieses Verfahren wird eine besonders preisgünstige Her stellung der Antriebswellen möglich, wobei eine Gewichtsredu zierung und eine verbesserte Werkstoffausnutzung mit einem ver besserten NVH-Verhalten (Noise-Vibration-Harshness) des gesamten Antriebsstranges erreicht wird. Dadurch, daß ein einstückiger Rohling zur Herstellung der Antriebswelle verwendet wird, tritt keine unnötige Unterbrechung der Kraftübertragungsbereiche ein. Desweiteren ist es möglich, durch das angegebene Verfahren kleindimensionierte Gelenke zu fertigen, die den Einsatz in beengten Raumverhältnissen ermöglichen. Die Ausformung der Ge lenkkomponenten kann durch Hämmern, Schmieden oder Pressen er folgen. Der mittlere Rohrbereich kann unmittelbar auf den erfor derlichen Rohrwellenaußendurchmesser gebracht werden. Eine Auf weitung des mittleren Rohrbereiches kann beispielsweise durch eine hydraulische Vorrichtung nachträglich erfolgen, wenn eine bauchige oder konische Antriebswelle hergestellt werden soll. Nach dem Fertigungsprozeß der Antriebswelle wird diese gehärtet.

Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der unterschiedlichen Wandstärken im mittleren Rohrbereich, in den Endbereichen und an den Gelenkkomponenten durch das angegebene Verfahren. Hierdurch ist die Übertragung hoher Drehmomente ohne zusätzliche Verstär kung der Gelenkkomponenten möglich, wobei die Wandstärke ent sprechend der festgelegten Anforderung an die Antriebswelle individuell dimensioniert werden kann und im Einzelfall auch eine annähernd gleiche Dicke aufweisen kann. Bei der Ausführung der Gelenkkomponenten dürfte es sich in der Regel um ein Gelenk innenteil an dem einen Endbereich und um ein Gelenkaußenteil am gegenüberliegenden Endbereich der Antriebswelle handeln. Eine Ausbildung gleicher Gelenkkomponenten an beiden Endbereichen der Antriebswelle ist jedoch ebenso möglich. Das Gelenkaußenteil weist hierbei einen querschnittserweiterten Abschnitt auf. Bei den angeformten Gelenkkomponenten kann es sich bevorzugt um Teile eines Gleichlaufgelenkes in Tripodenbauart oder um Teile eines Kugelgleichlaufdrehgelenkes handeln.

Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen der Antriebswelle in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit vorderen und hinteren Antriebs wellen,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Antriebswelle mit einem angeformten Gelenkinnen- und -außenteil und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Antriebswelle mit einem Tri podenschiebe- und einem Gleichlauffestgelenkinnenteil.

In Fig. 1 ist ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug 1 schema tisch 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 7 wird vom Vorderachsdifferential 4 abge zweigt und über eine geteilte Längsantriebswelle 8a, 8b einem Hinterachsdifferential 9 zugeführt. Das Hinterachsdifferential 9 treibt über hintere Antriebswellen 10 die Hinterräder 7 an. Die vorderen und hinteren Antriebswellen 6, 10 sowie die geteil te Längsantriebswelle 8a, 8b können entsprechend der Erfin dung ausgebildet sein.

In Fig. 2 und 3 ist jeweils eine Antriebswelle 6, 8, 10 darge stellt, welche einen mittleren zylindrischen Rohrbereich R_m mit einer Wandstärke D₁, einem Rohrwellenaußendurchmesser D_a und zu den Enden hin zwei Endbereiche 11, 12 mit einer Wandstärke D₂ aufweist. Die Wandstärke D₁ ist bei den gezeigten Ausführungs beispielen über die gesamte Länge des mittleren Rohrwellen bereiches R_m unverändert. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Wandstärke D₁ des mittleren Rohrbereiches R_m sich kontinuier lich ändert und asymmetrisch zur Rohrwellenmitte hin ausgebildet ist oder daß die Rohrwelle im Querschnitt einen stufenförmigen Verlauf aufweist. An die Endbereiche 11, 12 sind Gelenkkomponen ten angeformt, die nach dem angegebenen Verfahren hergestellt werden.

In Fig. 2 ist an dem linken Endbereich 11 ein Gelenkaußenteil 13 angeformt, das einen querschnittserweiterten Abschnitt 15 aufweist und wobei in der Glocke innenliegende Laufbahnen 16 für die nicht dargestellten Kugeln des Gleichlaufgelenkes ausgebil det sind. An dem rechten Endbereich 12 ist ein Gleichlaufinnen teil 14 angeformt, welches ebenfalls Laufbahnen 17 besitzt. Alternativ besteht die Möglichkeit, an beiden Endbereichen 11, 12 der Antriebswelle 6, 8, 10 gleiche Gelenkkomponenten 13 oder 14 vorzusehen.

In Fig. 3 ist eine weitere Antriebswelle 6, 8, 10 abgebildet, die die gleichen Merkmale wie die Antriebswelle 6, 8, 10 nach Fig. 2 aufweist, wobei jedoch am linken Endbereich 11 bei spielsweise ein tripodenförmiges Gelenkinnenteil 18 angeformt ist. Die Wandstärke D₃ der Gelenkkomponenten 13, 14, 18 ist gegen über der Wandstärke D₁ des mittleren Rohrbereiches R_m unter schiedlich 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 Gelenkaußenteil eines Gleichlauffestgelenkes
14 Gelenkinnenteil eines Gleichlauffestgelenkes
15 Abschnitt des Gelenkaußenteiles
16 Laufbahn des Gelenkaußenteiles
17 Laufbahn des Gelenkinnenteiles
18 Gelenkinnenteil eines Tripodengelenkes
R_m mittlerer Rohrbereich
D_a Rohrwellenaußendurchmesser
D₁ Wandstärke des mittleren Rohrbereiches
D₂ Wandstärke der Endbereiche
D₃ Wandstärke der Gelenkkomponenten

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle (6, 8, 10) aus einem einstückigen rohrförmigen Rohling mit großem Außendurchmesser, insbesondere zur Verwendung im Antrieb eines Kraftfahrzeuges (1), mit einem mittleren Rohrbereich (R_m) und beidendig ausgebildeten Endbereichen (11, 12), wobei die Endbereiche (11, 12) eine größere Wandstärke (D₂) als der mittlere Rohrbereich (R_m) erhalten und an minde stens einem Endbereich (11, 12) eine Gelenkkomponente eines Gelenkes durch Werkstoffumformung wie Hämmern, Schmieden oder Pressen angeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zunächst kurzen Rohling mit großer Wandstärke als erstes der mittlere Rohrbereich (R_m) der Antriebswelle (6, 8, 10) auf eine reduzierte geringere Wandstärke (D₁) gehämmert und/oder abgestreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) als erstes auf den erfor derlichen Rohrwellenaußendurchmesser (D_a) gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Rohrbereich (R_m) nachträglich mittels einer hydraulischen Vorrichtung aufgeweitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (6, 8, 10) mit angeformten Gelenkkom ponenten nach Ausformung derselben gehärtet wird.

5. Antriebswelle, hergestellt nach einem Verfahren gemäß An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Endbereich (11 oder 12) ein Gelenkinnen teil (14, 18) und am gegenüberliegenden Endbereich (11 oder 12) ein Gelenkaußenteil (13) ausgebildet ist.

6. Antriebswelle, hergestellt nach einem Verfahren gemäß An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Endbereichen (11, 12) jeweils ein Gelenkin nenteil (14, 18) oder jeweils ein Gelenkaußenteil (13) aus gebildet ist.

7. Antriebswelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkaußenteil (13) einen querschnittserweiterten Abschnitt (15) aufweist.

8. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Endbereichen (11, 12) angeformten Gelenkkom ponenten (13, 14, 18) als Teile eines Gleichlaufgelenkes in Tripodenbauart oder als Teile von Kugeldrehgelenken ausge bildet sind.