DE102007057194A1

DE102007057194A1 - Getriebehauptwelle oder Getriebevorlegewelle

Info

Publication number: DE102007057194A1
Application number: DE102007057194A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Kopf; Alexander Dr.-Ing. Weidler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009068126A2; EP2212570A2; US8556739B2; JP2011504989A; WO2009068126A3; JP5519522B2; US20100307275A1

Abstract

Eine Getriebehauptwelle oder Getriebevorgelegewelle soll besonders leicht gebaut werden. Problematisch ist die Übertragung von großen Drehmomenten, wie dies eine Getriebehauptwelle oder -vorgelegewelle tun muss, wenn ein Grundkörper der Welle aus Faserverbundwerkstoff besteht. In den Grundkörper wird nun ein Metallelement (20, 22) einlaminiert, und mit diesem Metallelement (20, 22) kann dann ein Zahnrad (28, 30) kraftschlüssig verbunden werden, so dass große Drehmomente übertragbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle, die in einem Getriebe für die Übertragung von Drehmomenten zuständig ist. Dies kann die Getriebehauptwelle oder die Getriebevorlegewelle sein.
Zur Gewichtseinsparung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, neigt man dazu, viele Bauteile aus leichtem Material herzustellen. Dies gilt auch für Wellen. So ist in der DE 29 465 30 A1 eine Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoff und in der DE 195 383 60 C1 eine Kardanwelle aus Kohlefaserverbundmaterial beschrieben. Die DE 102 601 15 B4 offenbart eine Nockenwelle, bei der die Nocken über eine in einen Grundkörper aus Kohlenfaserverbundwerkstoff einlaminierte Metallhülse mit dem Grundkörper verbunden sind.
Der Einsatz von Faserverbundmaterial in Getrieben ist bisher deswegen gescheitert, weil Getriebewellen hauptsächlich dazu dienen, große Drehmomente zu übertragen. Hierbei müssen Metallteile eingesetzt werden. Es ist bisher nicht gelungen, diese so an eine Getriebewelle aus Faserverbundwerkstoff zu koppeln, dass ein Drehmoment ausreichend gut übertragen werden kann.
Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine Getriebehauptwelle oder Getriebevorlegewelle bereitzustellen, welche besonders leicht gebaut ist, ohne dass im Betrieb des Getriebes Einschränkungen akzeptiert werden müssen.
Die Aufgabe wird durch eine Getriebehauptwelle oder Getriebevorlegewelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Welle umfasst somit einen Grundkörper, der zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, wobei in den Grundkörper (nämlich in den Faserverbundwerkstoff) zumindest ein Metallelement einlaminiert ist. Dieses Metallelement lässt sich dann nämlich wie auch ein zugehöriges Zahnrad derart ausbilden, dass an das Metallelement das Zahnrad koppelbar ist, insbesondere mittels Kraftschluss, z. B. das Zahnrad auf das Metallelement aufgesteckt werden kann. Durch das einlaminierte Metallelement ist somit ein Zwischenglied zwischen dem metallenen Zahnrad und dem Grundkörper aus Faserverbundwerkstoff bereitgestellt, wodurch es ermöglicht wird, den Grundkörper mittels eines solchen Faserverbundwerkstoffes auszubilden. Hierbei ist hauptsächlich an einen Kohlefaserverbundwerkstoff gedacht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das aus der DE 102 601 15 B4 bekannte Einlaminieren eines Metallelements in einen Grundkörper aus Kohlenfaserverbundwerkstoff auch sinnvoll einsetzbar ist, wenn durch die so ausgestattete Welle große Drehmomente übertragen werden sollen, wie es in Getriebewellen (nämlich der Getriebehauptwelle bzw. Getriebevorlegewelle gemäß der Erfindung) der Fall ist.
Bei einem besonders einfachen Beispiel weist der Grundkörper zwei Enden auf, und das Metallelement ist an einem der Enden angeordnet. Somit ist das Zahnrad auf eines der Enden koppelbar.
Eine Eigenschaft einer Getriebewelle ist es jedoch durchaus auch, dass das Drehmoment nicht von einem Ende der Welle zur anderen zu übertragen ist, sondern mittig eingekoppelt wird. In diesem Falle ist die Ausführungsform sinnvoll, dass das Metallelement als den Grundkörper umgebende Hülse ausgebildet ist. Diese ist bevorzugt derart auf den Grundkörper aufgebracht, dass sie von den beiden Enden des Grundkörpers beabstandet ist.
Die erfindungsgemäße Konstruktion lässt sich noch weiter führen: Noch leichter als Faserverbundwerkstoff ist Schaummaterial. So lässt sich der Grundkörper teilweise auch aus Schaummaterial bilden. Verwendet werden können Metallschäume, aber auch Kunststoffschaum wie beispielsweise Schaum aus Polyurethan kann sinnvoll eingesetzt werden.
Das Schaummaterial kann sowohl aus geschlossenzelligem Schaum als auch aus offenzelligem Schaum gebildet sein.
Der geschlossenzellige Schaum erhöht vor allem die Stabilität des Grundkörpers: Bei gleichen Abmessungen ist die Welle stabiler, wenn der Grundkörper geschlossenzelligen Schaum umfasst. Sie kann kleiner ausgebildet sein, wenn das Ausmaß der Stabilität festgelegt ist.
Die Ausführungsform mit offenzelligem Schaummaterial ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Schaummaterial zwischen zwei Schalen aus Faserverbundwerkstoff angeordnet ist. Dann lässt sich über das Schaummaterial Flüssigkeit transportieren, wobei dies in einem Getriebe insbesondere für das (Schmier-)Öl sinnvoll ist.
Die Erfindung findet ihren Niederschlag auch in einem Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug (und genauso dann auch für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe), wobei das erfindungsgemäße Getriebe eine erfindungsgemäße Welle, nämlich Getriebehauptwelle und/oder Getriebevorlegewelle wie oben beschrieben umfasst. Zum Getriebe gehört ein Zahnrad, das mit einem Metallelement gekoppelt ist, z. B. kraftschlüssig mit diesem verbunden ist, wie dies durch einfaches Aufstecken ermöglicht ist.
Man kann das Zahnrad auch als Teil der Getriebehauptwelle oder Getriebevorlegewelle ansehen.
Bei der oben erwähnten Ausführungsform, bei dem Schaummaterial aus offenzelligem Schaum zwischen zwei Schalen aus Faserverbundwerkstoff verwendet wird, kann das Getriebe Mittel zum Einleiten und/oder Durchleiten von Öl in den bzw. durch den offenzelligen Schaum zwischen den beiden Schalen aus Faserverbundwerkstoff umfassen.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die einzige Figur eine Getriebehauptwelle der erfindungsgemäßen Art zeigt.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Getriebehauptwelle umfasst einen Grundkörper 12. Dieser ist dreilagig ausgebildet, und zwar umfasst er ein Innenrohr bzw. eine innere Schale 14 aus Kohlenfaserverbundwerkstoff, ein Außenrohr bzw. eine äußere Schale 16, ebenfalls aus Kohlenfaserverbundwerkstoff, und zwischen den beiden Schalen befindet sich Metallschaum 18. Der Grundkörper 12 ist im Vergleich zu einem massiven Stahlkörper besonders leicht. Der Grundkörper 12 ist auch im Vergleich zu einem Grundkörper, der vollständig aus Kohlenfaserverbundwerkstoff besteht, besonders leicht und besonders stabil, weil er den Metallschaum 18 umfasst. Durch den Metallschaum 18 werden auch störende Schwingungen in der Welle 10 gedämpft, es wird also Körperschall unterdrückt.
In den Grundkörper 12 sind nun zwei Metallelemente 20 und 22 einlaminiert. Das Metallelement 20 ist eine Metallhülse, die von beiden Enden 24 und 26 des Grundkörpers 12 beabstandet ist. Auf die Metallhülse 20 ist ein Zahnrad 28 zur kraftschlüssigen Verbindung aufgesteckt. Die Metallhülse 20 dient als Zwischenglied zur Übertragung von Drehmoment von dem Zahnrad 28 auf die Welle 10, insbesondere deren Grundkörper 12.
Das zweite Metallelement 22 ist ein Anschlussstück aus Metall. Während die Metallhülse 20 lediglich in die äußere Schale 16 einlaminiert ist, ist das Anschlussstück 22 am Ende 26 des Grundkörpers 12 in die beiden Schalen 14 und 16 sowie den Metallschaum 18 einlaminiert. Auch auf das Anschlussstück 22 ist ein Zahnrad 30 aufgesteckt, und auch über dieses Zahnrad 30 kann Drehmoment auf den Grundkörper 12 übertragen werden.
Bei der Herstellung der Getriebehauptwelle 10 werden an sich bekannte Verfahren eingesetzt. Für den Faserverbundwerkstoff können dreidimensionale Fasergewebe verwendet werden. Der Metallschaumkern 18 kann durch Einkleben, Einpressen oder thermisches Schäumen zwischen den beiden Schalen 14 und 16 fixiert werden. Das Laminieren kann durch bekannte Verfahren sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung der Welle 10 erfolgen.

10: Getriebehauptwelle
12: Grundkörper
14, 16: Schalen aus Kohlenfaserverbundwerkstoff
18: Schaummaterial
20, 22: Metallelemente
24, 26: Enden des Grundkörpers 12
28, 30: Zahnräder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2946530 A1 [0002]
- DE 19538360 C1 [0002]
- DE 10260115 B4 [0002, 0007]

Claims

Getriebehauptwelle (10) oder Getriebevorlegewelle, mit einem Grundkörper (12), der zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, wobei in den Grundkörper (12) zumindest ein Metallelement (20, 22) einlaminiert ist.
Welle nach Anspruch 1, bei der der Grundkörper zwei Enden (24, 26) aufweist, wobei ein Metallelement (22) an einem der Enden (26) zugeordnet ist.
Welle nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Grundkörper (12) zwei Enden (24, 26) aufweist und das Metallelement (20) als den Grundkörper umgebende Hülse ausgebildet ist, die von beiden Enden (24, 26) beabstandet ist.
Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Grundkörper (12) teilweise aus Schaummaterial (18) gebildet ist.
Welle nach Anspruch 4, bei dem das Schaummaterial aus geschlossenzelligem Schaum gebildet ist.
Welle nach Anspruch 4, bei dem das Schaummaterial aus offenzelligem Schaum gebildet ist.
Welle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der Grundkörper (12) zwei Schalen (14, 16) aus Faserverbundwerkstoff umfasst, zwischen denen das Schaummaterial (18) angeordnet ist.
Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebehauptwelle (10) und/oder einer Getriebevorlegewelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einem Zahnrad (28, 30), das mit einem Metallelement (20, 22) gekoppelt, vorzugsweise kraftschlüssig verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 8 mit einer Welle (10) nach Anspruch 7 in dessen Rückbezug auf Anspruch 6, und mit Mitteln zum Einleiten und/oder Durchleiten von Öl in bzw. durch den offenzelligen Schaum (18) zwischen den beiden Schalen (14, 16) aus Faserverbundwerkstoff.
Kraftfahrzeug mit einem Getriebe nach Patentanspruch 8 oder 9.