DE1187500B

DE1187500B - Antriebswelle fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1187500B
Application number: DEO6956A
Authority: DE
Inventors: Jakob A Adloff; Wilhelm Riehl
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1959-09-02
Filing date: 1959-09-02
Publication date: 1965-02-18
Also published as: GB899309A; CH381996A; US3292389A

Description

Antriebswelle für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebswelle für Kraftfahrzeuge, insbesondere zwischen der vorn angeordneten Antriebsmaschine und dem Hinterachsgetriebe, die als einteilige, durch Einspannungsmomente gekrümmte, torsionselastische Welle ausgebildet ist und die an ihren beiden Enden mit je einer Kerbverzahnung zur Befestigung eines Kupplungsflansches versehen ist.
Die im allgemeinen zur Kraftübertragung zwischen der vorn angeordneten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und seiner Hinterachse verwendeten Antriebswellen sind normalerweise unter dem Gesichtspunkt konstruiert, daß sie möglichst steif sein müssen, damit ihre kritischen Drehzahlen oberhalb der Betriebsdrehzahlen liegen. In bezug auf die übertragung des Drehmomentes sind diese Wellen deshalb um ein Vielfaches überdim'ensioniert.
Die Verwendung torsionselastischer, ausgesprochen dünner Antriebswellen dagegen ist in schwingungstechnischer Hinsicht sehrschwierigundhatdeshalb im Automobilbau auch noch keinen Eingang gefunden.
Zur Erhöhung der Eigenschwingungszahlen derartig flexibler Wellen ist es bekannt, die in unbelastetem Zustand gerade Antriebswelle durch entsprechende Einspannung ihrer beiden Enden nach unten durchzubiegen. Dadurch wird der von dem übertragenen Drehmoment hen-ährenden Schubspannung eine umlaufende Biegespannung überlagert. Die Durchbiegung der Antriebswelle nach unten hat aber den großen Vorteil, daß die Welle im Bereich des Fahrgastraumes sehr tief und niedriger als die Achsen der Kurbelwelle der Antriebsmaschine und der Eingangswelle in das Hinterachsgetriebe liegt.
Es ergibt sich damit die Möglichkeit, den Fahrgastraum tiefer zu legen und damit die Gesamthöhe des Fahrzeuges zu verringern.
Um die Schwingungen, in welche die Kurbelwelle, als Einheit gesehen, durch das periodische Arbeiten der Kolbenmaschine und das durch sie bedingte schwankende Drehmoment versetzt wird, unschädlich zu machen, ist es bekannt, die Trägheit der KurbelweRe gegen ungleichförmigen Umlauf durch Anbringen eines Schwangrades zu erhöhen. Da aber die Kurbelwelle und das übrige Kraftübertragungssystem darüber hinaus auch ein in sich schwingungsfähiges Gebilde darstellt und Eigenschwingungen ausführen kann, sind diese Schwingungen insbesondere bei torsionselastischen Antriebswellen zu beachten. Zur Dämpfung dieser Drehschwingungen, insbesondere bei Resonanz, finden teilweise besonders kompliziert aufgebaute, in Größe und Gewicht ungefähr der Schwungscheibe gleichende Torsionsschwingungsdämpfer Verwendung. Solche Dämpfer- sind aber nicht nur sehr teuer, sie sind auch schwer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Torsions- und Biegeschwingungen von torsionselastisehen und gekrümmten Antriebswellen zwischen der vom angeordneten Antriebsmaschine und dem Hinterachsgetriebe in Kraftfahrzeugen mit einfachen Mitteln wirkungsvoll zu unterbinden bzw. zu dämpfen.
Zum Lösen dieser Aufgabe wirderfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Antriebswellenanordnung der eingangs erwähnten Art mit der Nabe des Kupplungsflansches ein koaxiales Rohr verbunden ist und daß der zwischen Rohr und Welle, vorhandene Ringraum unter radialer Pressung mit einer Zwischenlage aus Gummi oder einem gleichartigen, nachgiebigen Material von guten Dämpfungseigenschaften ausgefüllt ist.
Die langen torsionselastischen Antriebswellen müssen nicht nur genau auf ihr Schwingungsverhalten untersucht werden, es ist dabei auch für eine einwandfreie überleitung der Kräfte von der Welle auf die Anschlußelemente, wie Kupplungsflansche oder dergleichen Sorge zu tragen. Diese Kräfte werden bei den bekannten Konstruktionen in voller Höhe durch Keilwellenverbindungen in die Anschlußflansche geleitet. Aus Festigkeitsgründen sind daher bei den bekannten Ausführungen die Anschlußenden, der Welle, in die das Verzahnungsprofil eingerollt oder eingeschnitten ist, verdickt. Um den auf die Wechselfestigkeit schädlichen Einfluß der Kerbwirkung des Verzahnungsprofils möglichst gering zu halten, ist ein einwandfreier übergang zwischen den verstärkten Enden und dem dünneren Mittelteil der Welle erforderlich. Die Herstellung -eines solchen überganges mit der in diesem Falle erforderlichen Genauigkeit ist sehr kompliziert und teuer.
Es ist daher von besonderem Vortei], daß durch die Befestigung der Kupplungsflansche auf der An- triebswelle gemäß der Erfindung die Kerbverzahnung von der übertragung des Drehmomentes zum Teil entlastet wird. Dadurch ist es möglich, die Antriebswelle an den Enden iin Bereich der Kerbverzahnung, d. h. an der Stelle der Umlenkung' der Kraftlinien von der Welle in die Nabe des Kupplungsflansches in gleicher Stärke auszuführen wie den übrigen Wellenteil.
Die,*vollkommen gIgte übertragungswelle kann spitzenlos geschliffen werden und bietet daher herstellungsmäßig große Vorteile. Je nach der Größe der erzeugten radialen Pressung des Gummis zwischen Antriebswelle und Rohr kann das Gesamtdrehmoment zu unterschiedlichen Anteilen durch die K, erbverzahnung oder durch die Gurnmizwischenlage übertragen werden.
Durch die Versteitung der Wellenenden in Verbin#ng mit der aufgezwungenen Durchbiegung wird die kritische Drehzahl erster Ordnung in einen Bereich verlegt, der ini allgemeinen von den Betriebsdrehza,hle,» nicht mehr erreicht wird. Dagegen wird die Lage der zweiten kritischen Drehzahl durch die Krümmung der Welle nur unwesentlich beeinflußt, da ihre Schwingungsform mit einem Knoten bei halber Länge der Antriebswelle zu keiner Verlängerung der axial nachgiebigen Welle fährt. Zur Bekämpfung vorzugsweise dieser Schwingungsform ist die AntrIebswelle etwa an den Stellen der größten Schwingungsausschläge gelagert.' Die Gummizwischenlage nach der Erfindung hat einen derart günstigen Einfluß, auch auf die Dämpfung der Biegeschwingungen, daß die Lager der Antriebswelle relativ einfach äüggeführt werden können.
. -Ausgehend von einer Wellenbauart der vorstehend angegebenen Art, die an zwei Stellen mittels Kugelläkern nachgiebig gelagert ist, ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Kugellager mittels zweier elastischer Pfropfen erfolgt. die in der zur Krümmungsebene der Ahtriebswelle senkrechten Ebene angeordnet sind, tiA daß zwischen die- Kugellager und die Antriebsw#1le *'in an. sich bekannter Weise elastische Mansehetten eingesetzt sind.
. 'Eine Abstützung der Antriebswelle in ihrer Krümmung#ebene erübrigt sich, da Schwingungen in dieser Ebene auf Grund der besonderen Spannungsverhältnisse in der Antriebswelle unbedeutend sind.
Zur Vermeidung größerer Ausschläge durch kritische Drehzahlen ist es, 'bei geraden Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, die eine große Verwindbarkeit aufweisen, 'bekannt, die.' Antriebswellen mittels Cya#nmipuffem in einem mit der Welle umlaufenden Tragrühr abzustätzen.
Es'ist ferner bekannt, als Lager für den motorseitigen, nicht schwingenden Abschnitt von geteilt ausgeführteii, aus Rohr bestehenden Gelenkwellen in Kräftfahr±eugen Kugellager zu verwenden, welche über Gummibüchsen in einem am Rahmen befestigten Lagergehäusü eingebaut sind.
Schließlich ist es auch bekannt, die Wellenlagerung in einem Kugellagerin der Weise nachgiebig zu gestalten, daß auf der Welle eine Büchse unter Verwehdung eines weichen Gummis als Zwischenlage äufgepr6ß,'t ist und diese Büchse in dem Kugellager g8&ägert ist ' Gegenüber den bekannten Wellonlagerungen sind die, beiden Zwischenlager der torsionselastischen, dtich Einspannungsmomente, gekrümmter, Welle n##h'der,Erfiüduni besonders einfach aufgebaut. - weitere Merkmale der Erfindung, die sich auf die besondere Ausführung des Rohres sowie auf die Form der Gummizwischenlage vor und nach dem Einbau beziehen, ergeben sich aus den Patentansprüchen, In den Zeichnungen ist ein nachfolgend beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 eine schematische Darstellung der Antriebsa.nla#ge eines Kraftfahrzeuge§ mit einer Antriebswelle nach der Erfindung, F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die vordere Wellenkupplung der Antriebswelle, F i g. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch die hintere Wellenkupplung der Antriebswelle, Fig.4 einen Schnitt entlang der LinieA-A in F i g. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig.5 einen Schnitt entlang der LinieB-B in F ig. 4, F i g. 6 eine, Antriebswelle nach der Erfindung vor dem Zusammenbau mit dem Kupplungsflansch und F - i g. 7 dieselbe Antriebswelle im zusammengebauten Zustand.
In dem nur im Bereich der Hinterachse angedeuteten Rahmen 11 der Karosserie ist gemäß F i g. 1 die Antriebsanlage des Fahrzeuges, bestehend aus Antriebsmaschine 12 und Kupplung 13 einerseits, dem GeschwindigkeitswechseIgetriebe 14 und dem Hinterachsgetriebe 15 andererseits sowie der Antriebswelle 16, gelagert. Die Antriebswelle 16 ist von einem Schutzrohr 17 umgeben, welches das vom angeordnete Motor-Kupplungsaggregat 12/13 mit der Getriebeeinheit 14115 an der Hinterachse starr verbindet. Die Hinterräder 18 werden durch Schwinghalbachsen (nicht dargestellt) angetrieben.
Die Kurbelwellenachse 19 der Antriebsmaschine 12 und in gerader Fortsetzung davon die Achse der Zwischenwelle 20 (F i g. 2) in der Kupplung 13 ist nach rückwärts unten gerichtet. Die Zwischenwelle 20 besitzt an ihrem abtriebsseitigen Ende einen radialen Kupplungsflansch 21. Dieser Kupplungsflansch ist mit einem entsprechenden, mit der Antriebswelle 16 verbundenen Kupplungsflansch 22 durch Schrauben 23 fest verbunden. Die einteilige, torsionselastische, relativ dünne Antriebswelle 16 erstreckt sich von der Kupplung 13 zum Geschwindigkeitswechselgetriebe 14, welches an das Hinterachsgetriebe 15 angeblockt ist. An das Geschwindigkeitswechselgetriebe 14 ist ein Lagergehäuse 24 angeschraubt. Die Antriebswelle 16 ist über eine gleich wie die Wellenkupplung 22 am vorderen Ende ausgebildete Wellenkupplung 25 mit dem Wellenstummel 26 verbunden. Dieser Wellenstummel 26 ist durch eine Keilverzahnung 27 mit der hohlen Getriebeeingangswelle 28 verdrehsteif, jedoch axial verschiebbar verbunden. Die hohle Getriebeeingangswelle 28 ist in den beiden im Abstand voneinander angeordneten Kugellagern 29 und 30 gelagert. Die Getriebeeingangswelle 28 ist nach vom und unten geneigt.
Die Antriebswelle 16 ist infolge der Neigung der Zwischenwelle 20 in der Kupplung 13 und der Neigung der Getriebeeingangswelle 28 am anderen Ende der Antriebsanlage nach unten durchgebogen. Das Einspannmoment am vorderen Ende der Antriebs-, welle 16 wird durch die beiden im Abstand voneinander angeordneten Kugellager 31 und 32 der Zwischenwelle 20 aufgenommen, wohingegen das Einspannmoment im angeflanschten Lagergehäuse 24 am rückwärtigen Ende der Antriebswelle 16 durch die beiden Lager 29 und 30 aufgenommen wird.
Auf das starre Schutzrohr 17 zwischen den vorderen und den rückwärtigen Triebwerksaggregaten ist an beiden Enden je ein Flansch33 und 34 aufgeschweißt, die durch Schrauben35 und 36 - kupplungsseitig unter Zwischenschaltung eines Paßstückes 37 - mit dem Kupplungsgehäuse 13 bzw. dem Lagergehäuse24 verbunden sind.
Durch die Durchbiegung der Antriebswelle 16 wird dem von der übertragung der Antriebsleistung der Antriebsmaschine 12 auf das Hinterachsgetriebe 15 herrührenden Drehmoment eine umlaufende Biegespannung überlagert, Die Antriebswelle,16 ist etwa 'bei einem Viertel und drei Viertel der Wellenlänge an den Stellen der größten Schwingungsausschläge für die zweite kritische Drehzahl an den Lagern38 -und 39 gelagert.
Aus schwingungstechnischen Gründen brauchen, wie F i g. 4 und 5 zeigen, die Kugellager 38 a und 39 a nur in der waagerechten Ebene gehalten zu werden. Ihre Halterung erfolgt durch zwei elastische, waagerecht angeordnete Pfropfen 40 und 41 z. B. aus Gummi, die in zwei sich gegenüberliegenden öffnungen 42, 43 des Schutzrohres 17 eingesetzt sind. über .den öffnungen 42, 43 ist je ein Blech 44, 45 befestigt, deren federnde innere Ränder hinter die Schultern 46, 47 der Pfropfen 40 und 41 eingreifen.
Zwischen der Antriebswelle 16 und dem Innenring des Kugellagers 38 a ist zur weiteren Dämpfung eine Gununimanschette48 eingesetzt.
Die Verbindung des Kupplungsflansches 22 mit der Antriebswelle 16 ist in F i g. 6 und 7 für das vordere Ende der Welle 16 vor dem Zusammönbau, je- doch schon in für das Zusammenpressen vorbereitetem Zustand mit aufgebrachter Wellenrändelung 52 (s. Erläuterungen weiter unten) und in zusammengebautern Zustand dargestellt.
Die Flanschanschlüsse an beiden Enden sind gleich ausgebildet, so daß nur eine Hälfte der Antriebswelle 16 gezeichnet ist.
Als Antriebswelle 16 ist ein glatter Stab vorgesehen, der im spitzenlosen Schleifverfahren geschliffen wird. Das Wellenende wird, wie weiter unten erläutert, während des Zusammenbaues mit einer Keerbverzahnung 52 versehen, mit der die Welle verdrehfest und auch axial unverschieblich mit der Nabe53 desKupplungsflansches verbunden ist. Auf die Nabe 53 des Kupplungsflansches ist ein koaxiales Rohr 54 aufgeschoben. Die Verbindung dieses Rohres 54 mit der Nabe 53 erfolgt durch Preßsitz in Verbindung mit der Kerbverzahnung 55, welche außen auf dem zylindrischen Teil der Nabe 53 angebracht ist.
Das aufgeweitete Rohrende 50 wird außerdem noch eingerollt.
Zwischen dem koaxialen Rohr 54 und der Antriebswelle 16 ist eine elastische Hülse 56 aus Gummi oder einem gleichwertigen Material eingepreßt. Die Hülse 56 besitzt infolge ihres hohen Verformungsgrades eine starke radiale Pressung, wodurch sie imstande ist, einen Teil des in den Kupplungsflansch 22 eingeleiteten Drehrnornentes von dem fest mit der Nabe 53 verbundenen Rohr 54 auf die Antriebswelle 16 und umgekehrt zu übertragen. Die Kerbverzahnung 52 wird dadurch entlastet, und das Wellenende kann infolgedessen in gleicher Stärke wie die übrige Welle aufgeführt werden. Zum Zusammenbau werden von beiden Seiten zuerst die Gummihülse 48 zusammen mit dem Kugellager 38a auf die Welle aufgeschoben, die noch keine Kerbverzahnung aufweist. Darauf werden das Rohr54, die Gummihülse56 und der Kupplungsflansch 22 aufgeschoben und das Wellenende gerändelt, um die Kerbverzahnung52 zu erzeugen. Das koaxiale Rohr54 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Abschnitt57 größeren Durchmessers, der- auf die Nabe 53 aufgeschoben wird, :einem sich verjüngenden Abschnitt 58 und einem zylindrischen Abschnitt59 kleineren Durchmessers. Die Gummihülse56 hat in unverforrntern Zustand eine Form, die etwa dem Ringraum zwischen dem zylindrischen Pohrabschnitt57 und dein konischen Rohrabschnitt58 sowie der Welle 16 entspricht. Ausgehend von der Zuordnung der Einzelteile gemäß F i g. 6 wird zum endgültigen Zusammenbau die Nabe 53 des Kupplungsflansches 22 in das Rohr 54 eingepreßt. Dabei schiebt sich die zwischen Antriebswelle 16 und Rohr 54 liegende Gummihülse 56 in den schmalen Ringraum zwischen der Welle 16 und dem zylindrischen Rohrabschnitt 59 kleineren Durchmessers vor und füllt schließlich den verbleibenden Ringraum. zwischen Welle 16 und Rohr 54 aus. Gleichzeitig wird auch die Welle 16 mit ihrer Kerbverzahnung 52 in die Bohrung 60 der Nabe 53 eingepreßt. Je nach Form, Vorspannung und Härte der Gumraihülse 56 wird ein größerer oder kleinerer Anteil des Drehmomentes durch sie übertragen.
Abgesehen von der Entlastung der Kerbverzahnung 52 der Antriebswelle 16 durch den Einbau der Gummibülse 56 nach der Erfindung, hat diese auch ausgezeichnete schwingangsdämpfende Eigenschaften sowohl in bezug auf Drehschwingungen als auch auf Biegeschwingungen. Damit wird der Einbau eines zusätzlichen Torsionsschwingungsdämpfers überflüssig, und an Stelle komplizierter Vorrichtungen zur Dämpfung der Biegeschwingungen können einfache Zwischenlager für die übertragungswelle in der beschriebenen Bauart verwendet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Antriebswelle für Kraftfahrzeuge, insbesondere zwischen der vom angeordneten Antriebsmaschine und dem Hinterachsgetriebe, die als einteilige, durch Einspannmomente gekrümmte, torsionselastische Welle ausgebildet ist und die an ihren beiden Enden mit je einer Kerbverzahnung zur Befestigung eines Kupplungsflansches versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Nabe (53) des Kupplungsflansches (22) ein koaxiales Rohr(54) verbunden ist und daß der zwischen Rohr und Welle(16) vorhandene Ringraum unter radialer Pressung mit einer Zwischenlage(56) aus Gummi oder einem gleichartigen, nachgiebigen Material von guten Dämpfungseigenschaften ausgefüllt ist.
2. Antriebswelle für Kraftfahrzeuge nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Nabe (53) des Kupplungsflansches (22) aufgezogene Rohr(54) aus einem im. Bereich der Nabe(53) zylindrischen Teil(57), einem daran anschließenden, sich verjüngenden Teil(58) und einem weiteren sich an die Verjünguilg anschließenden zylindrischen Teil (59) besteht. 3. Antriebswelle für Kraftfahrzeuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die, zwischen Rohr (54) und übertragungswelle (1.6) eingepreßte nachgiebige, Zwischenlage (56), vor d-eiü Zusamm au im wesentlichen die Form de4, Ringraumes, zwischen einerseits dem nabenseitigen zylindrischien (57) und dem konischen Rohxäbschnitt (58) und andererseits der Well.e(16) hat und beim Zusammen au unter Verdrängung aus dem nabenseitigenzylindrischen Ringraum im den zyUndrischen Ringraum kleineren Durcbmessets gepreßt wird. 4. AntrIebsweRe für Kraftfahrzeuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, die nachgiebige Zwischenlage (56) in zusammengebaütem Zustand der Antriebswelle um ein geringe& Maß über . das -dem Kupplungsflansch (22). angewandte Ende des Rohres (54) vorsteht. 5,. A-WmNbswelle für Kraftfahrzeuge nach den Ans,p'rüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß', d&.- #zylindrische "Abschnitt (59) kleineren Durchmessers; des kowdalen Rohres (57) etwa ün Ve.A7ältniis des' gegenüber dem nabenseitigen Robxabschmtt'(57) verringerten Ringquerschnittes iwischen Welle (16) und Rohr (54) länger ist als der nabenseitige zylindrische Rohrabschnitt '(57)#. # 6. Antriebewelle für Kraftfahrzeuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (53) des Kupplungsflansches (22) mit einer Kerbverzahnung (55) versehen ist, auf die das Rohr (54) zur verdrehsteifen Befestigung aufgepreßt ist. 7. Antriebswelle für Kraftfahrzeuge nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr(54) vor dem Zusammen au am nabenseitigen Ende eine Aufweitung (50) besitzt, die nach dem Einpressen der Nabe (53) des Kupplungsflansches (22) auf einem eingezogenen Teil der Nabe eingerollt wird. 8. Antriebswelle für Kraftfahrzeuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, die an zwei Stellen mittels Kugellagern nachgiebig gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Kugellager (38a, 39a) mittels zweier elastischer Pfropfen(40, 41) erfolgt, die in der zur Krümmungsebene der Antriebswelle (16) senkrechten Ebene angeordnet sind, und daß zwischen die Kugellager (38 a, 39 a) und die AntriebsweRe (16) in an sich bekannter Weise elastische Manschetten (48) eingesetzt sind, In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche, Patentschrift Nr. 820 692; britische Patentschriften Nr. 499 276, 773 667; USA.-Patentschrift Nr. 1908 743.