DE69529786T2

DE69529786T2 - Herstellungsverfahren für eine Antriebshohlwelle mit Endstück

Info

Publication number: DE69529786T2
Application number: DE69529786T
Authority: DE
Inventors: James A. Duggan
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2015-05-27
Also published as: CA2144469A1; KR950033138A; CA2144469C; AU687178B2; JPH07332346A; DE69529786D1; EP0685659B1; BR9501820A; EP0685659A1; AU2037995A; US5601494A

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Fahrzeug-Antriebswellenanordnungen und insbesondere mit einem Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle, welche aus einem zusammengesetzten Material ausgebildet ist, und einem Endstück, welches aus einem metallischen Material ausgebildet ist.
Bei vielen verschiedenen Fahrzeugtypen wird eine Antriebswellenanordnung eingesetzt, um Drehenergie von einer Quelle, wie beispielsweise einer Brennkraftmaschine, auf eine getriebene Komponente, wie einem Paar von Rädern, zu übertragen. Eine typische Fahrzeug-Antriebswellenanordnung umfaßt eine zylindrische Antriebshohlwelle, welche ein Endstück hat, welches fest an dem jeweiligen Ende angebracht ist. Üblicherweise sind die Endstücke als Endgabeln ausgebildet, welche derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie mit zugeordneten Universalgelenken zusammenarbeiten. Beispielsweise wird eine Antriebswellenanordnung dieser allgemeinen Bauart häufig eingesetzt, um eine Drehantriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle eines Fahrzeuggetriebes und einer Eingangswelle einer Achsanordnung herzustellen, welche die Fahrzeugräder drehantreibt.
In der Vergangenheit wurden sowohl die zylindrische Antriebshohlwelle als auch die beiden Endstücke aus einem metallischen Material, wie Stahl, hergestellt. Stahlendstücke lassen sich relativ einfach an eine aus Stahl bestehende Antriebshohlwelle anschweißen, und die Schweißverbindung ist zur Übertragung der Drehmomentbelastungen für die normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs geeignet, welche auf die Antriebswellenanordnung zu übertragen sind. Derartige Stahlkomponenten sind jedoch relativ schwer und daher tragen sie in unerwünschter Weise zusätzlich zu dem Fahrzeuggewicht bei. In diesem Zusammenhang ist bekannt, eine zylindrische Antriebshohlwelle aus einem faserverstärkten Material herzustellen, wie aus synthetischem Harz, welcher mit Kohlenstoffgraphitfasern oder Glasfasern verstärkt ist. Diese Verbundmaterialien sind wesentlich leichter als Stahl, haben aber dennoch die Eigenschaften hinsichtlich einer ausreichenden Festigkeit und Haltbarkeit zur Übertragung der Drehmomentbelastungen, welche beim normalen Betrieb des Fahrzeugs auftreten.
Da die jeweiligen Materialien unglücklicherweise unterschiedliche Eigenschaften haben, hat es sich als schwierig erwiesen, eine ausreichend widerstandsfähige Verbindung zwischen einer Antriebshohlwelle, welche aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, und einem Endstück herzustellen, welches aus einem metallischen Material hergestellt ist. Eine Anzahl von Auslegungsmöglichkeiten und Verfahrensweisen sind zur Bereitstellung einer solchen Verbindung bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, ein Klebstoffmaterial einzusetzen, um das metallische Endstück in der Antriebshohlwelle aus Verbundmaterial festzulegen. Der Einsatz von Klebstoff allein jedoch hat sich nicht vollständig zufriedenstellend erwiesen. Alternativ ist es bekannt, einen engen Reibungseingriff zwischen dem metallischen Endstück und der Antriebshohlwelle aus Verbundmaterial vorzusehen und diesen Reibschlußeingriff mittels eines Druckrings zu verstärken, welcher fest um diese Anordnung angebracht wird. Obgleich eine solche Auslegung wirksam ist, müssen dann noch die Teile mit relativ engen Toleranzen bemessen werden, und es werden zusätzliche Teile benötigt, wodurch sich die Kosten und die Kompliziertheit des Gegenstands erhöhen.
In EP-A-0 511 843 ist ein Verfahren gemäß dem einleitenden Teil des Patentanspruchs 1 beschrieben.
Ein Film oder ein Folienelement ist auf der inneren Fläche der Antriebshohlwelle vorgesehen, und der Hülsenabschnitt hat einen ausreichend großen Außendurchmesser, um zu bewirken, daß die stegförmigen Teile sich in den Film oder die Folie einschneiden, um ein ausreichendes Drehmomentübertragungsvermögen herzustellen. Die stegförmigen Teile greifen nicht direkt in das faserverstärkte Harzmaterial des Körpers der Antriebshohlwelle ein.
Nach der Erfindung arbeiten die in Umfangsrichtung verlaufenden stegförmigen Teile mit dem aufgebrachten Klebstoff mit dem faserverstärkten Material der Antriebshohlwelle zusammen. Hierdurch erhält man einen vereinfachten Aufbau.
Das Klebstoffmaterial, wie Epoxidharz, wird anschließend aushärten gelassen, um eine Klebstoffverbindung zwischen den kanalförmigen Aussparungen in der Hülse und der inneren zylindrischen Fläche der Bohrung der Antriebswelle zu bilden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an Hand von bevorzugten Ausführungsformen und lediglich als nücht beschränkende Ausführungsbeispiele näher erläutert Darin gilt:
Fig. 1 ist eine perspektivisch auseinandergezogene Darstellung einer Antriebswellenanordnung nach der Erfindung, welche eine Antriebshohlwelle, welche aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, und ein Endstück umfaßt, welches aus einem metallischen Material ausgebildet ist;
Fig. 2 ist eine teilweise in Schnittdarstellung dargestellte Draufsicht der Antriebswellenanordnung nach Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2; und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Endansicht eines Abschnitts des metallischen Endstücks, welches in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 eine Fahrzeug-Antriebswellenanordnung gezeigt, welche insgesamt mit 10 bezeichnet und nach der Erfindung ausgelegt ist. Diese Antriebswellenanordnung 10 umfaßt eine zylindrische Antriebshohlwelle 11, welche ein Paar von offenen Enden und eine innere zylindrische Fläche 12 hat. Die Antriebshohlwelle 11 ist von üblicher Bauform und wird in bevorzugter Weise von einem geeigneten Verbundmaterial gebildet. Beispielsweise kann die Antriebshohlwelle 11 aus Harz, einem Epoxidharz oder einem Phenylharz, ausgebildet sein, welcher mit einer Mehrzahl von hochfesten und hochwiderstandsfähigen Fasern verstärkt ist, bei denen es sich beispielsweise um Kohlenstoffgraphit oder Glasfasern handeln kann.
Ein Endstück, welches insgesamt mit 20 bezeichnet ist, ist fest an einem oder beiden Enden der Antriebshohlwelle angebracht. Das Endstück 20 kann beispielsweise in Form einer Endgabel einer Universalgelenkanordnung ausgebildet sein, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Alternativ jedoch kann das Endstück 20 in Form eines Achsstumpfs, eines Gegenflansches oder eines anderweitig ausgebildeten und zur Drehmomentübertragung dienenden Endstücks ausgebildet sein. Das Endstück 20 ist vorzugsweise aus einem geeigneten metallischen Material, wie Stahl oder Aluminium, hergestellt. Das Endstück 20 umfaßt einen Körper 21, welcher ein Paar von Gabelarmen 22 hat, die von diesem in Längsrichtung weg verlaufen. Die Gabelarme 22 haben jeweils zugeordnete Bohrungen 23, welche durch dieselben gehen, und welche derart beschaffen und ausgelegt sind, daß die Lagerschalen (nicht gezeigt) eines üblichen Kreuzstücks einer Universalgelenkanordnung aufnehmen, wie dies an sich bekannt ist.
Das Endstück 20 umfaßt ferner einen hohlen, zylindrischen Hülsenabschnitt 24, welcher in Längsrichtung von dem Körper 21 in entgegengesetzter Richtung zu den Gabelarmen 22 verläuft. Der Außendurchmesser des Hülsenabschnitts 24 ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Körpers 21. Somit wird eine externe, ringförmige Schulter 25 zwischen dem Körper 21 des Endstücks 20 und dem Hülsenabschnitt 24 gebildet. Wie am deutlichsten aus den Fig. 1, 3 und 4 zu ersehen ist, hat die äußere Umfangsfläche des Hülsenabschnitts 24 eine Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden, kanalförmigen Aussparungen 27, welche darin ausgebildet sind. Die Kanäle 27 sind vorzugsweise in die Außenumfangsfläche des Hülsenabschnittes 24 des Endstücks 20 eingeschnitten oder auf eine andere Art und Weise maschinell eingearbeitet. Vorzugsweise sind die kanalförmigen Aussparungen 27 gleich bemessen und sind in regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet, so daß man eine entsprechende Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufenden stegförmigen Teilen 28 dazwischen erhält. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist die Umfangsbreite des jeweiligen stegförmigen Teils 28 im wesentlichen gleich groß wie die Umfangsbreite der jeweiligen kanalförmigen Aussparung 27. Jede der kanalförmigen Aussparungen 27 ist mit einer radialen Tiefe ausgebildet, welche vorzugsweise nicht größer als etwa 12,7 mm (0.50 inch) ist, und vorzugsweise hat sie eine radiale Tiefe in einem Bereich von 0,127 mm (0,005 inch) bis etwa 0,38 mm (0,015 inch). Die Längen der kanalförmigen Aussparungen 27 sind vorzugsweise relativ groß im Vergleich zu ihrer Breite. Beispielsweise kann jede der kanalförmigen Aussparungen 27 eine Breite von etwa 12,7 mm (0,50 inch) und eine Länge von etwa 90 mm (3,50 inches) haben.
Um das metallische Endstück 20 an einem Ende der Verbund-Antriebshohlwelle 11 anzubringen, wird eine Menge eines Klebstoffmaterials 30 zu Beginn auf die jeweilige Außenumfangsfläche des Hülsenabschnitts 24 oder der inneren zylindrischen Fläche 12 der Antriebshohlwelle 11 aufgebracht. Vorzugsweise jedoch wird das Klebstoffmaterial auf die äußere Umfangsfläche des Hülsenabschnitts 24 aufgebracht. Das Klebstoffmaterial 30 wird in einer Menge aufgebracht, welche wenigstens so ausreichend bemessen ist, daß die kanalförmigen Aussparungen 27 im wesentlichen vollständig ausgefüllt werden, welche auf der äußeren Umfangsfläche des Hülsenabschnitts 24 ausgebildet sind.
Der zylindrische Hülsenabschnitt 24 des Endstücks 20 wird dann in das offene Ende der zylindrischen Antriebshohlwelle 11 eingeschoben. Der äußere Durchmesser des zylindrischen Hülsenabschnitts 24 des Endstücks 20, welcher durch die stegförmigen Teile 28 gebildet wird, ist geringfügig größer als der Innendurchmesser der Verbund-Antriebshohlwelle 11, welcher durch die innere zylindrische Fläche 12 gebildet wird. Wenn daher die Antriebswellenanordnung 10 in das offene Ende der Antriebshohlwelle 11 eingeführt wird, arbeiten die stegförmigen Teile 28 mit der inneren zylindrischen Fläche 12 der Antriebshohlwelle 11 unter Bildung einer geringfügigen Preßpassungszuordnung zusammen. Diese geringfügige Preßpassungszuordnung erleichtert die Längsausrichtung des Hülsenabschnittes 24 des Endstücks 20 und der Antriebshohlwelle 11. Der Hülsenabschnitt 24 des Endstücks 20 wird in die Antriebshohlwelle 11 eingeführt, bis die vorauslaufende Kante an der Ringschulter 25 zur Anlage kommt, welche an dem Endstück 20 vorgesehen ist.
Wenn der Hülsenabschnitt 24 des Endstücks 20 in das offene Ende der Antriebshohlwelle 11 eingesetzt ist, wird das Klebstoffmaterial 30 in die kanalförmigen Aussparungen 27 gedrückt und füllt diese im wesentlichen aus. Das Klebstoffmaterial 30 wird dann aushärten gelassen, um eine Mehrzahl von Klebstoffverbindungen zwischen der äußeren Umfangsfläche des Hülsenabschnitts 24 und der inneren zylindrischen Fläche 12 der Verbund-Antriebshohlwelle 11 zu bilden. Die durch das Klebstoffmaterial 30 gebildeten Verbindungen gestatten eine Drehmomentübertragung zwischen dem Endstück 20 und der Antriebshohlwelle 11.
Es gibt eine Anzahl von Klebstoffen, welche an sich bekannt sind, um eine solche effektive Verbindung des metallischen Endstücks 20 mit einer Verbund- Antriebshohlwelle 11 herzustellen. In bevorzugter Weise wird ein Zweikomponenten-Epoxidharz als Klebstoff eingesetzt. Beispiele geeigneter Epoxidharzklebstoffe umfassen Magnabond 95-062 und 95-147, welche als Klebstoffe im Handel von Magnolia Plastics in Chamblee, Georgia, erhältlich sind.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit einem metallischen Endstück 20 erläutert worden ist, kann natürlich die Erfindung auch eingesetzt werden, wenn das Endstück 20 aus einem anderen als dem zuvor beschriebenen Material ausgebildet ist. Auf ähnliche Weise lassen sich auch das Verfahren nach der Erfindung anwenden, wenn das Endstück 20 und die Antriebshohlwelle 11 aus ein und demselben Material hergestellt sind.

Claims

1. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle (11), welche aus einem faserverstärkten Harzmaterial ausgebildet ist und ein offenes Ende sowie eine äußere Fläche und eine innere Fläche (12) hat, welche Innenabmessungen besitzt;

das Endstück (20) einen Körper (21) und ein von dem Körper (21) weg verlaufenden Hülsenabschnitt (24) umfaßt, wobei der Hülsenabschnitt (24) eine Außenfläche (28) hat, welche Außenabmessungen besitzt, die geringfügig größer als die Innenabmessungen sind, wobei die Außenfläche (28) eine Mehrzahl von kanalförmigen Aussparungen (27) hat, welche darin ausgebildet sind, um hierdurch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden stegförmigen Teilen zu bilden, wobei das Verfahren aufweist, daß Klebstoff (30) auf die äußere Fläche (28) des Hülsenabschnitts (24) oder die innere Fläche (12) der Antriebshohlwelle (11) aufgebracht und der Hülsenabschnitt (24) in die Antriebshohlwelle (11) mittels geringfügiger Preßpassungszuordnung eingesetzt wird;

daß das in die jeweiligen kanalförmigen Aussparungen (27) eindringende Klebstoffmaterial (30) eine permanente Klebeverbindung zwischen dem Hülsenabschnitt (24) und der inneren Fläche (12) der Antriebshohlwelle (11) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden stegförmigen Teile mit dem aufgebrachten Klebstoffmaterial mit dem faserverstärkten Harzmaterial (12) der Antriebshohlwelle zusammenarbeiten.

2. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der kanalförmigen Aussparungen (27) eine radiale Tiefe hat, welche 1,27 mm (0,050 inch) nicht überschreitet.

3. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der kanalförmigen Aussparungen (27) eine radiale Tiefe zwischen 0,127 mm (0,005 inch) und 0,381 mm (0,015 inch) hat.

4, Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsbreite jedes stegförmigen Teils im wesentlichen gleich der Umfangsbreite der jeweiligen kanalförmigen Aussparung ist.

5. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (20) aus Aluminium ausgebildet ist.

6. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (20) aus Stahl ausgebildet ist.

7. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebstoffmaterial ein Epoxiharz aufweist.

8. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der kanalförmigen Aussparungen (27) eine Länge hat, welche relativ größer im Vergleich zu ihrer Breite bemessen ist.

9. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der kanalförmigen Aussparungen (27) ein Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 7 : 1 hat.

10. Verfahren zum Anbringen eines Endstücks an einer Antriebshohlwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der kanalförmigen Aussparungen eine Länge von etwa 90 mm (3.5 inches) und eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 inch) hat.