DE4111286B4

DE4111286B4 - Wellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kardanwellenanordnung

Info

Publication number: DE4111286B4
Application number: DE4111286A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Schreiber; Dieter Dipl.-Ing. Schuldig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2011-04-09
Also published as: DE4111286A1

Abstract

Wellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kardanwellenanordnung, wobei ein Rohr (1) aus einem Faser-Kunststoff-Material mit einem aus starren Material bestehendem Anschlußelement (2) verbindbar ist, wobei das topfähnlich ausgeführte Anschlußelement (2) eine Außenhülse (3) aufweist und die Außenhülse (3) mit nach innen vorspringenden, im wesentlichen axial verlaufenden Mitnehmern (6) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) aus zwei Teilen, nämlich der hohlzylindrischen Außenhülse (3) und einem Fitting (4) hergestellt ist, daß zur Festlegung des Fittings (4) das Fitting (4) in die Mitnehmer (6) der Außenhülse (3) eingepreßt ist, daß die Mitnehmer (6) sowohl zur Halterung des Fittings (4) als auch des Rohres (1) in der Außenhülse (3) dienen und daß die Außenhülse (3) und das Rohr (1) zumindest nur unter elastischer radialer Verformung des Rohres (1) ineinander preßbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patatanspruchs 1. Eine gattungsgemäße Wellenanordnung ist aus der DE 30 07 896 C2 in der Weise bekannt, dass die Mitnehmer als Schneidzähne ausgebildet sind und beim Ineinanderpressen von Rohr und Außenhülse durch Einschneiden in das Material des Rohres gleichsam formschlüssige Gegenprofile erzeugen, wodurch eine in Umfangrichtung feste Verbindung zwischen Rohr und Außenhülse erzeugt wird. Zur Unterstützung dieser Wirkung der Schneidzähne der Außenhülse ist auf der der Außenhülse abgekehrten Wand, also der Innenwand, des Rohres aus Faser-Kunststoff-Material ein Stützring vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs hinsichtlich der Anwendung bei einem topfähnlichen Anschlusselement zu optimieren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreibe die Unteransprüche.

Dadurch, dass bei der Erfindung das topfähnliche Anschlusselement nicht einstückig, sondern aus zwei Einzelteilen, die nachträglich zusammengesetzt werden, gebildet ist, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, durch ein einfaches Herstellungsverfahren die nach innen weisenden Mitnehmer an der – einen Bestandteil des Anschlusselements darstellenden – Außenhülse zu fertigen. Dies kann in einfacher und kostengünstiger Weise durch spanende Bearbeitung, z. B. Räumen, oder umformende Bearbeitung erfolgen. Für die Außenhülse selbst kann z. B. ein blankgezogenes Metallrohr (Halbzeug) verwendet werden, von dem die Außenhülsen in gewünschter Länge abgelängt und anschließend mit den Mitnehmern versehen werden. Grundsätzlich ist aber auch das Einbringen der im wesentlichen längs oder axial verlaufenden Mitnehmer in das Halbzeug oder sogar während der Halbzeugherstellung möglich. Verständlicherweise muss das Material der Außenhülse, in aller Regel Metall, trotz der erforderlichen hohen Festigkeit unempfindlich gegen (durch die Mitnehmer gebildete) Kerben sein da im montierten Zustand der Wellenanordnung, d. h. im Betrieb derselben, in der Außenhülse große Spannungen in Umfangsrichtung vorhanden sind.

Diese vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wellenanordnung werden praktisch durch keinen zusätzlichen Aufwand für die Herstellung der festen Verbindung zwischen den beiden Bestandteilen des Anschlusselements (Außenhülse, Fitting) erkauft, da erfindungsgemäß die also auch zur Festlegung des Rohres an dem Anschlusselement dienenden Mitnehmer der Außenhülse zur Festlegung des Fittings an dieser herangezogen werden. Infolge zylindrischer Gestaltung der Innenfläche der Außenhülse ist es möglich, diese in einfacher Weiser mit sich über ihre gesamte Länge erstreckenden Mitnehmern zu versehen, die zwei Längenbereiche zur Festlegung einerseits des Rohres aus Faser-Kunststoff-Material und andererseits des Fittings definieren.

Aus folgendem Grunde wird man jedoch die drei beschriebenen Teile hinsichtlich ihrer Durchmesser bzw. der Auslegung der Mitnehmer so dimensionieren, dass die Mitnehmer in ihrem Eingriffsbereich an dem Rohr dieses lediglich elastisch deformieren, nicht aber gleichsam durch spanende Verformung Vertiefungen eingraben: Wie bereits erwähnt, unterliegen Wellenanordnungen der beschriebenen Art bei Verwendung als Antriebs- oder Kardanwellenanordnung im Betrieb relativ hohen Drehmomenten. Daher ist die bei dem eingangs zitierten Stand der Technik verwendete Herstellungsmethode für die formschlüssige Verbindung zwischen Rohr und Außenhülse, nämlich durch spanabhebende Schneidvorgänge mittels an der Außenhülse vorgesehener innerer Schneidzähne, für die Betriebseigenschaften derartiger Wellenanordnungen außerordentlich nachteilig. Durch die spanende Verformung wird die Festigkeit der Rohre im Verbindungsbereich erheblich gemindert; dies gilt insbesondere dann, wenn durch den beschriebenen Schneidvorgang Fasern des Rohres beschädigt oder gar durchtrennt werden.

Aus diesem Grunde ist die im Anspruch 1 beschriebene Wellenanordnung besonders zweckmäßig, da bei dieser unter Vermeidung einer spanenden Verformung des Rohres das Ineinanderpressen von Rohr und Außenhülse nur unter viskoelastischer radialer Verformung des Rohres, ggf. auch unter Ausnutzung einer elastischen oder plastischen Verformung der Außenhülse, stets in radialen Richtungen, erfolgt. Zur Unterstützung dieser Maßnahme kann es gemäß Anspruch 4 zweckmäßig sein, zusammenwirkende Flächen der drei genannten Bestandteile der Wellenanordnung vor dem Ineinanderpressen mit einem Kleber zu versehen, der während des Pressvorgangs als Gleitmittel dient, dagegen nach Beendigung des Pressvorgangs und Erstarren eine zusätzliche Sicherung der jeweiligen Verbindung bewirkt.

Was demgegenüber die Festlegung des Fittings in der Außenhülse anbelangt, so kann man diesen entweder gemäß Anspruch 3 auf seiner Umfangsfläche mit weiteren Mitnehmern in solcher Anordnung versehen, dass diese im zusammengebauten Zustand der Wellenanordnung mit den Mitnehmern der Außenhülse zusammenwirken, oder aber man trifft die Dimensionierung so, dass die an der Außenhülse vorgesehenen, nach innen weisenden Mitnehmer gleichsam als Schneidwerkzeuge sich beim Zusammenpressen in das Material des Fittings eingraben. Hier braucht man also in aller Regel nicht darauf zu achten, dass lediglich eine elastische Verformung beim Ineinanderfügen der beiden genannten Teile erfolgt.

Die zuvor erläuterten Grundsätze für eine Vorteilhafte Auslegung der Verbindung zwischen Außenhülse und Rohr, nämlich unter Vermeidung einer spanenden Verformung des Rohres, haben besondere Bedeutung dann, wenn das Rohr gemäß Anspruch 8 im Eingriffsbereich der Mitnehmer mit überwiegend in Umfangsrichtung verlaufender Faserorientierung hergestellt wird, da bei einer derartigen Faserorientierung eine spanende Verformung des Rohres durch die Mitnehmer der Außenhülse leicht zu einer Beschädigung oder gar einem Durchtrennen der Fasern des Rohrmaterials führen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren 1 und 2 im Längsschnitt bzw. in einer Stirnansicht einen Endbereich einer erfindungsgemäß hergestellten Kardanwellenanordnung wiedergeben.
Die hier interessierenden Hauptbestandteile der Kardanwellenanordnung sind das aus einem Faser-Kunststoff-Material durch Wickelvorgänge hergestellte Rohr 1 und das Anschlußelement 2, das aus der Außenhülse 3 und dem Fitting 4 zusammengesetzt ist. Das Anschlußelement besteht aus relativ hartem Material, in der Regel Metall. Das Rohr 1 ist in seinem unter der Außenhülse 3 verlaufenden Bereich bei 5 zwar mit demselben Innendurchmesser wie in seinen anderen Längenbereichen, aber mit einem größeren Außendurchmesser, also dickwandiger, ausgeführt. Weiterhin unterscheiden sich die beiden erwähnten Längenbereiche des Rohres 1 dadurch, daß außerhalb des Eingriffsbereichs der Außenhülse 3 das Rohr 1 derart gewickelt ist, daß seine Faserorientierung überwiegend in axialer Richtung liegt, also der Faserrichtungswinkel α1 kleiner als 45° ist, während im Eingriffsbereich der Außenhülse 2 der entsprechende Faserrichtungswinkel α2 größer als 45° ist, die Fasern also überwiegend in Umfangsrichtung orientiert sind.
Betrachtet man nun die Ausbildung des Anschlußelements 2 im einzelnen, so ist die Außenhülse 3, wie insbesondere aus 2 ersichtlich und dort bei 6 angedeutet, mit parallel zur Rohrachse 7 verlaufenden Mitnehmern versehen, die zur Halterung sowohl des Rohrs 1 als auch des Fittings 4 in der Außenhülse 3 dienen. Diese Mitnehmer sind im Hinblick auf die verwendeten Materialien und die Abmessungen des Rohres 1 so dimensioniert, daß beim Ein pressen des Rohres in die Außenhülse 2 zwecks Erzielung der in der Zeichnung dargestellten betriebsfertigen Relativlage der verschiedenen Bestandteile der Rohranordnung die Mitnehmer 6 das Material des Rohres 1 nur viskoelastisch verformen, ohne sich spanabhebend einzugraben. Dies wird bei Beginn des Einpreßvorgangs durch die Fase 8 im inneren Bereich der rechten Stirnseite der Außenhülse 2 unterstützt. Zusätzlich können die zusammenwirkenden Flächen der Teile 1 und 2 vor dem Ineinanderpressen mit einem Gleitmittel versehen werden, dessen Entfernen bei Beginn des Einpreßvorgangs ebenfalls durch die Innenfase 8 des Außenrings 2 sowie die Außenfase 9 an der in 1 linken Stirnseite des Rohres 1 entgegengewirkt wird.
Während also bei der Festlegung des Rohres 1 in der Außenhülse 2 darauf geachtet wird, daß das Rohr 1 nicht bleibend verformt wird, spielt dieser Umstand bei der Festlegung des Fittings 4 in der Außenhülse 3, die ebenfalls unter Ausnutzung der Mitnehmer 6 erfolgt, praktisch keine Rolle, da der Fitting ebenfalls aus Metall besteht. Hier ist es also möglich, beim Einpreßvorgang durch die Mitnehmer 6, denen demgemäß an ihrer in 1 linken Stirnseite keine Fase zugeordnet ist, eine spanende Verformung der Mantelfläche 10 des Fittings 4 vornehmen zu lassen. Verständlicherweise ist es aber auch möglich, die Mantelfläche 10 mit einer Profillierung zu versehen, die zum Zusammenwirken mit den Mitnehmern 6 geeignet ist; diese weiteren Mitnehmer definieren einen Teilkreisdurchmesser, der größer ist als derjenige der Mitnehmer der Außenhülse, so daß auch hier ein fester Sitz gewährleistet ist.
Was die Form der Mitnehmer und der ggf. vorhandenen weiteren Mitnehmer anbelangt, so kann sie – bei Beachtung der beschriebenen Gesichtspunkte – weitgehend frei gewählt werden. Verständlicherweise werden die Mitnehmer in jedem Falle im wesentlichen parallel zur Achse 7 verlaufen. Man kann hier eine Rändelung vorsehen; in aller Regel wird man die Mitnehmer in Querschnitten durch die Wellenanordnung zahnförmig ausbilden.
Die Erfindung schließt die Verwendung einer zusätzlichen ringartigen inneren Abstützung des Rohres 1 im Einwirkungsbereich der Außenhülse 2 nicht aus.
Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Wellenanordnung geschaffen, die bei Verwendung topfartiger Anschlußelemente besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsverfahrens liefert.

Claims

Wellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Kardanwellenanordnung, wobei ein Rohr (1) aus einem Faser-Kunststoff-Material mit einem aus starren Material bestehendem Anschlußelement (2) verbindbar ist, wobei das topfähnlich ausgeführte Anschlußelement (2) eine Außenhülse (3) aufweist und die Außenhülse (3) mit nach innen vorspringenden, im wesentlichen axial verlaufenden Mitnehmern (6) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) aus zwei Teilen, nämlich der hohlzylindrischen Außenhülse (3) und einem Fitting (4) hergestellt ist, daß zur Festlegung des Fittings (4) das Fitting (4) in die Mitnehmer (6) der Außenhülse (3) eingepreßt ist, daß die Mitnehmer (6) sowohl zur Halterung des Fittings (4) als auch des Rohres (1) in der Außenhülse (3) dienen und daß die Außenhülse (3) und das Rohr (1) zumindest nur unter elastischer radialer Verformung des Rohres (1) ineinander preßbar sind.
Wellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Außenhülse (3) und Fitting (4) unter spanender Verformung des Umfangs (10) des Fittings (4) durch die Mitnehmer (6) ineinander gepresst sind.
Wellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fitting (4) auf seinem Umfang (10) mit zum Zusammenwirken mit den Mitnehmern (6) der Außenhülse (3) geeignete weitere Mitnehmer aufweist, die einen Teilkreisdurchmesser definieren, der größer ist als derjenige der Mitnehmer (6) der Außenhülse (3).
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Flächen von Außenhülse (3) und/oder Rohr (1) und/oder Fitting (4) mit einem Kleber versehen sind.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Außenhülse (3) mit einer stirnseitigen Innenfase (8) versehen wird.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer (6) als Rändelung ausgebildet sind.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) bei konstantem Innendurchmesser im Eingriffsbereich der Mitnehmer (6) der Außenhülse (3) mit größerer Wandstärke (bei 5) als in seinen anderen Längenbereichen hergestellt ist.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) im Eingriffsbereich der Mitnehmer (6) eine überwiegend in Umfangsrichtung verlaufende Faserorientierung (Faserrichtungswinkel α2 gegen die Rohrachse (7) größer als 45°) aufweist.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) außerhalb des Eingriffsbereichs der Mitnehmer (6) eine überwiegend in axialer Richtung verlaufende Faserorientierung (Faserrichtungswinkel α1 gegen die Rohrachse (7) maximal 45°) aufweist.
Wellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) aus mehreren Rovings besteht.