DE4336689A1 - Antriebswelle mit Ausgleichsgewicht sowie Verfahren zum Anbringen des Ausgleichsgewichts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Auswuchten von Antriebswellen und betrifft vor allem solche Wellen, die im Antriebsstrang von Fahrzeugen verwendet werden. Es ist zweckmäßig, die Erfindung im folgenden besonders in ihrer Anwendung bei dünnwandig rohrförmigen Fahrzeugantriebswellen zu beschreiben, aber es soll festgehalten werden, daß die Erfin­ dung auch bei anderen, vor allem druckempfindlichen Rotations­ körpern anwendbar ist.

Antriebswellen von Fahrzeugen müssen ausgewuchtet werden um die Entwicklung störender und möglicherweise schädlicher Vibra­ tionen bei drehender Welle zu vermeiden. Die Anbringung von Ausgleichsgewichten ist deshalb eine übliche Maßnahme bei der Herstellung von Antriebswellen, und dabei müssen Anforderungen sowohl an Qualität als auch an Herstellkosten erfüllt werden. Hinsichtlich der Qualität sollten die Ausgleichsgewichte sicher und auch in einer Weise angebracht werden, daß sie nicht die Integrität der Welle stören. Hinsichtlich Herstellkosten sollte das Verfahren zur Anbringung relativ einfach und genau sein und es sollte bei seiner Ausführung nicht übermäßig viel Zeit beanspruchen.

Die Probleme, die mit der Anbringung von Ausgleichsgewichten an Antriebswellen verbunden sind, haben sich wegen der zunehmenden Verbreitung von Wellen mit rohrförmigem Körper vergrößert.

Diese Probleme treten besonders bei Wellen auf, bei denen ein Aluminiumrohr für den Körper verwendet ist. Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf Antriebswellen aus Aluminiumrohr beschrieben, ist aber auch anwendbar auf Wellen, die einen rohrförmigen Körper aus Stahl oder anderem Metall besitzen.

Generell werden vorzugsweise Ausgleichsgewichte aus Stahl wegen ihres günstigen Größen-/Gewichtsverhältnisses verwendet. Die Anbringung solcher Gewichte an Aluminiumrohr wird gegenwärtig auf verschiedenen Wegen erreicht, von denen keiner ganz zufrie­ denstellend ist.

Ein übliches Verfahren bezieht die Verwendung von Klebstoff zur Befestigung des Ausgleichsgewichts am Rohr ein. Dieses Ver­ fahren verlangt, daß das Rohr und das Gewicht frei sind von Verschmutzung, die die Sicherheit der Befestigung beeinträch­ tigen könnte, so daß chemisches Reinigen zu diesem Zweck generell notwendig ist. Auch vergeht beträchtliche Zeit (z. B. ungefähr 24 Stunden) vom Aufbringen des Klebstoffs bis zum Erreichen der vollen Festigkeit. Der Prozeß ist daher zeitauf­ wendig und erfordert die Einhaltung hoher Standards bezüglich Sauberkeit, wenn effektive Ergebnisse erreicht werden sollen.

In einem anderen früheren Verfahren werden die Gewichte am Rohr durch Puddel-Schweißen befestigt. Dieses Verfahren kann akzep­ tabel sein, wenn die Rohrwand relativ dick ist - zum Beispiel 3 mm oder mehr -, viele Antriebswellen haben jedoch eine geringere Wanddicke. Puddel-Schweißen kann das Gefüge der Rohrwand dermaßen beeinflussen, daß das Risiko der Material­ ermüdung deutlich erhöht wird.

Ein anderes früheres Verfahren bezieht Punktschweißen oder Warzenschweißen von einem oder mehreren Gewichten auf eine Stahlhülse ein, die um die Außenseite des Antriebswellenrohrs, gewöhnlich am Ende des Rohrs, befestigt wird und über den Universal-Gelenkkopf paßt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es ein zusätzliches und relativ großes an der Welle zu befestigendes Bauteil erfordert. Es erfordert auch die Anwen­ dung eines geeigneten Korrosionsschutzes nach der Ausführung der Befestigungsmaßnahme.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Anbringung eines Ausgleichsgewichts an einem Rohr, insbesondere dem Rohrkörper einer Antriebswelle, bereitzustellen. Es wird ferner angestrebt, daß dieses Verfahren einfach durchzuführen und beim Herstellen einer sicheren Befestigung wirksam ist. Es soll auch erreicht werden, daß das Ausgleichsgewicht in ver­ besserter Weise befestigt wird. Außerdem wird angestrebt, einen verbesserten Anker für das Ausgleichsgewicht einer Antriebs­ welle vorzusehen.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Befestigung eines Ausgleichsgewichts an einer Antriebswelle bereitgestellt, das die Schritte des Befestigens einer Halterung auf der Oberfläche der Welle, so daß dieses Element von dieser Oberfläche wegragt, des Anordnens eines Ausgleichsgewichts auf diesem Element und des Befestigens dieses Ausgleichsgewichts an diesem Element umfaßt.

Die Halterung kann auf der Welle in beliebiger Weise befestigt werden, vorzugsweise aber durch Stumpfschweißen.

Die Anbringung eines Ausgleichsgewichts an der Halterung wird vorzugsweise dadurch bewirkt, daß das Gewicht mit einer Aus­ sparung versehen ist, die die Halterung aufnimmt, und daß das freie äußere Ende der Halterung nach Aufbringung des Gewichts auf dieses Element dergestalt verformt wird, daß das Entfernen des Gewichts von der Halterung verhindert wird. Bei dieser Verformung können Hitze und Druck angewendet werden.

Gemäß der Erfindung wird ferner eine Antriebswelle geschaffen, die einschließt: einen rohrförmigen Körper, einen Zapfen, der auf eine zylindrische äußere Oberfläche des Körpers aufge­ schweißt ist und von dieser Oberfläche nach außen wegragt, ein Ausgleichsgewicht, das ein den Zapfen aufnehmendes durch­ gehendes Loch besitzt, so daß der Zapfen sich in dieses Loch hineinerstreckt, und ein freies Ende des Zapfens, das mit dem Gewicht derart zusammenwirkt, daß eine Trennung des Gewichts vom Zapfen verhindert wird.

Gemäß der Erfindung ist ferner zum Befestigen eines Ausgleichs­ gewichts an einer Antriebswelle eine Halterung vorgesehen, die einen zylindrischen Körper und einen Höcker oder Schweißbuckel aufweist, welcher axial von einem inneren Ende des Körpers vorspringt, wobei der Höcker eine Querschnittsfläche besitzt, die wesentlich kleiner ist als die Querschnittsfläche des Körpers.

Die Anwendung einer Halterung gemäß der Erfindung hat mehrere Vorteile. Beispielsweise kann das Ausgleichsgewicht mit einer geeigneten Korrosionsschutzschicht versehen werden, was sehr wichtig sein kann, wenn das Gewicht aus einem anderen Metall besteht als der Verankerungszapfen und/oder der rohrförmige Körper der Welle. Wegen des relativ sanften Verfahrens, das zur Befestigung des Gewichts am Zapfen angewendet wird, ist es unwahrscheinlich, daß die Korrosionsschutzschicht beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Halterung günstig in einen mechanisierten Herstellungsprozeß eingeführt werden kann. Weiterhin wird die Integrität und die Festigkeit des rohrför­ migen Körpers der Antriebswelle durch das Verfahren, durch das der Zapfen auf der Welle befestigt wird, nicht wesentlich beeinträchtigt.

Wenn der Körper am Wellenrohr befestigt wird, wird in einem bevorzugten Verfahren der Höcker an die äußere Oberfläche der Antriebswelle angelegt und ein Strom durch den Körper geführt, so daß der Höcker schmilzt und mit der Oberfläche der Antriebs­ welle verschmilzt. Zu diesem Zweck kann Kapazitätsentladungs- Stumpfschweißen oder eine andere geeignete Widerstandsschweiß­ technik angewandt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Antriebswelle mit einem daran befestigten Ausgleichsgewicht,

Fig. 2 eine Halterung zum Befestigen des Ausgleichsgewichts,

Fig. 3 einen Zwischenschritt bei der Befestigung der Halterung an der Antriebswelle,

Fig. 4 das an der Antriebswelle befestigte Ausgleichsgewicht, und

Fig. 5 einen Querschnitt der Antriebswelle mit daran befestigtem Ausgleichsgewicht.

In Fig. 1 ist ein Endstück 2 einer rohrförmigen Antriebswelle 1 dargestellt, die am Kopf 3 eines typischen Universalgelenks angebracht ist. Am Endstück 2 läßt sich eine Halterung 4 in der im folgenden beschriebenen Weise befestigen; an der Halterung 4 läßt sich ein Ausgleichsgewicht 5 in der ebenfalls nachfolgend beschriebenen Weise aufnehmen und festhalten.

Die Halterung 4 kann je nach Anwendungsfall von jeder geeig­ neten Form sein und aus jedem geeigneten Material bestehen. Die Halterung 4 wird jedoch vorzugsweise so angebracht, daß sie nach ihrer Befestigung an der Welle von deren äußerer Ober­ fläche nach außen vorspringt, so daß sie dort mit einem Aus­ gleichsgewicht zusammengefügt werden kann. Im Beispiel nach Fig. 2 bis 4 hat die Halterung 4 einen kleinen zylindrischen Zapfen und ist zunächst so geformt, daß sie einen kleinen Höcker 6 besitzt, der, wie in Fig. 2 gezeigt, von einem Ende axial vorspringt. Angenommen, der rohrförmige Körper der Welle 1 ist aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, kann die Halterung 4 ebenfalls aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bestehen; dies ist aber nicht wesentlich.

Die Stelle der Welle 1, an der ein Ausgleichsgewicht erforder­ lich ist, kann nach einem bekannten Verfahren bestimmt werden. An dieser Stelle wird die Halterung 4 so angesetzt, daß der Höcker 6, wie in Fig. 2 gezeigt, die äußere Oberfläche der Welle 1 berührt. Nach einem bekannten Stumpfschweißverfahren wird die Halterung 4 von elektrischem Strom durchströmt. Dabei wird der Höcker 6 zum Schmelzen gebracht und mit dem Körper der Welle 1 verschmolzen, wie durch die Zone 7 in Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt. Auf die Halterung 4 kann während des Schmelzprozesses eine Axialkraft F aufgebracht werden, die aber nicht groß sein muß. Zur Befestigung der Halterung 4 auf der Welle 1 können auch andere geeignete Verfahren angewendet werden.

Zur Anbringung des Gewichts 5 am Zapfen der Halterung 4 und somit zur Anbringung des Gewichts auf der Welle 1 können beliebige geeignete Verfahren angewendet werden. Im darge­ stellten Beispiel ist das Gewicht 5 mit einem Loch 8 versehen, so daß es fähig ist, die Halterung 4 wie in Fig. 3 bis 5 gezeigt aufzunehmen. Der Zapfen 4 kann in einer losen oder einer festen Passung im Loch 8 sitzen; vorzugsweise wird ein enger Schiebesitz vorgesehen. Der Zapfen der Halterung 4 kann auch mit einem Flansch 9 versehen werden, an dem sich das Gewicht 5 abstützt.

Das Gewicht 5 wird vorzugsweise formschlüssig gegen Trennung von der Halterung 4 festgehalten, und zu diesem Zweck können alle geeigneten Mittel verwendet werden. In einer in Fig. 4 dargestellten Anordnung wird das freie äußere Ende des Zapfens der Halterung 4 verformt, so daß es sich verbreitert und eine Verdickung 10 bildet, die durch das Loch 8 nicht mehr hindurch­ geht. Das Gewicht 5 wird dadurch an einer Trennung von der Halterung 4 gehindert.

Eine Verformung des Zapfenendes kann in jeglicher Weise er­ reicht werden. Nach der Anordnung in Fig. 5 wird die Verformung so erreicht, daß elektrischer Strom durch den Zapfen zu seiner Erhitzung bis zum plastischen Zustand geleitet und gleichzeitig Druck auf das Ende des Zapfens ausgeübt wird. Zu diesem Zweck kann ein Widerstandsschweißverfahren verwendet werden. In der Anordnung nach Fig. 5 werden Kontakte 11 und 12 an einen elektrischen Stromkreis 13 angeschlossen, der eine geeignete Energiequelle enthält und geschlossen wird, wenn der Kontakt 11 den Zapfen berührt. Der Zapfen wird dabei bis zum plastischen Zustand erhitzt, und Druck, der auf den Kontakt 11 ausgeübt wird, bewirkt die Verbreiterung des Endes des Zapfens, wie in Fig. 4 gezeigt.

Ein Vorteil des in Bezug auf Fig. 5 beschriebenen Verfahrens ist, daß der auf die Halterung 4 ausgeübte Druck nicht groß zu sein braucht, und folglich eine Verformung des rohrförmigen Körpers der Welle 1 unwahrscheinlich ist.

Claims (19)

1. Verfahren zum Anbringen eines Ausgleichsgewichts an einer Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Welle (1) eine Halterung (4) befestigt wird, die von der Oberfläche wegragt, daß ein Ausgleichsgewicht (5) auf der Halterung (4) angeordnet wird, und daß das Ausgleichs­ gewicht (5) auf der Halterung (4) befestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) auf der Welle (1) durch Schweißen befestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen durch Widerstandsschweißen ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen durch Kapazitätsentladungs-Stumpfschweißen ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgewicht (5) mit einer Öffnung (8) versehen ist und auf die Halterung (4) aufgesteckt wird, wobei diese in die Öffnung (8) eingreift.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) mit engem Schiebesitz in die Öffnung (8) eingreift.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Öffnung (8) ein Durchgangsloch des Ausgleichsgewichts (5) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) durch das Loch (8) hindurchgeht, so daß ein freies äußeres Ende (10) über die äußere Oberfläche des Aus­ gleichsgewichts (5) übersteht, und dieses an der Halterung (4) durch Verformung des äußeren Endes (10) befestigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Hitze und Druck angewendet werden, um die Verformung des äußeren Endes (10) zu bewirken.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Hitze durch Hindurchführung von elektrischem Strom durch die Halterung (4) erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgewicht (5) mit einer Korrosionsschutzschicht ummantelt ist.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) einen zylindrischen Zapfen aufweist.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsgewicht (5) auf der Halterung (4) befestigt wird, bevor diese auf der Welle (1) befestigt wird.

14. Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Ausgleichsgewicht (5) aufweist, das auf ihr nach einem Verfahren der vorangehenden Ansprüche befestigt ist.

15. Antriebswelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle einen rohrförmigen Körper (1) besitzt und daß die Wellenoberfläche eine äußere zylindrische Oberfläche des Körpers ist.

16. Antriebswelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist.

17. Antriebswelle, die einen rohrförmigen Körper (1) und ein an diesem angebrachtes Ausgleichsgewicht (5) aufweist, wobei eine Halterung (4) auf die zylindrische äußere Oberfläche (1) aufgeschweißt ist, so daß sie von dieser Oberfläche nach außen wegragt und das Ausgleichsgewicht (5) ein Loch (8) besitzt, das auf der Halterung (4) so angeordnet ist, daß diese in das Loch (8) hineinragt, wobei ihr freies Ende (10) mit dem Ausgleichs­ gewicht (5) untrennbar verbunden ist.

18. Halterung (4) für ein Ausgleichsgewicht (5) an einer Antriebswelle mit einem zylindrischen Zapfen und einem axial von dessen innerem Ende wegragenden Schweißhöcker (6), dessen Querschnittsfläche wesentlich kleiner ist als die Querschnitts­ größe des Zapfens ist.

19. Anker nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) an ihrem inneren Ende einen seitlich wegste­ henden Flansch zur Abstützung eines Ausgleichsgewichts (5) aufweist.