DE19840466C2 - Steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem Wellenabschnitt (1) und wenigstens einem sich daran über eine Steckverbindung anschließenden Endstück (2), welches eine Verzahnung (3) aufweist, wobei sich der Wellenabschnitt (1) und das Endstück (2) im Fügebereich (F) überlappen. Aufgabengemäß sind der Wellenabschnitt (1) und das Endstück (2) im Fügebereich (F) durch eine kombinierte Fügeverbindung miteinander verbunden. Dadurch kann die Belastbarkeit der Fügeverbindung wesentlich erhöht werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine steckbare Antriebswelle,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff
des 1. Patentanspruchs. Dabei wird mit einem hohlen
Wellenabschnitt wenigstens ein eine Verzahnung aufweisendes
Endstück über eine Steckverbindung verbunden.
In DE 197 23 038 A1 wird bereits eine steckbare
Antriebswelle für Kraftfahrzeuge beschrieben. Dabei weist
das Endstück eine Innenverzahnung auf und wird in die
Hohlwelle eingesteckt. Es handelt sich dabei um eine
herkömmliche Preßverbindung. Um bei dynamischer Belastung
die bei dieser herkömmlichen Preßverbindung in der Preßfuge
auftretende Tribokorrosionen und die damit verbundenen
negativen Auswirkungen zu vermeiden, werden die zu fügenden
Teile an der Fügeposition mit einer geeigneten
Schmiermittelschicht versehen. Dabei wird beispielsweise
Molybdändisulfitölpaste oder Zinkphosphatpaste eingesetzt.
Durch die Schmierstoffanwendung ist jedoch die
Übertragungsfähigkeit, insbesondere die Drehmoment
übertragung bei hoher dynamischer Beanspruchung begrenzt.
Zusätzlich kommen bei Querpreßverbindungen die negativen
Auswirkungen der Schmierpolsterung hinzu. Bei trocken
gefügten Preßverbindungen tritt bei dynamischen örtlichem
Gleiten zerstörerische Tribokorrosion auf. Die Verwendung
derartiger Schmierstoffe belastet weiterhin die Umwelt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine steckbare Antriebswelle,
insbesondere für ein Kraftfahrzeug zu entwickeln, die eine
hohe dynamische Belastbarkeit aufweist, Tribokorrosion in
der Fügeposition vermeidet und umweltschonend herstellbar
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des
ersten Patentanspruchs gelöst.
Bei der steckbaren Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug mit
einem Wellenabschnitt und wenigstens einem sich daran über
eine Steckverbindung anschließenden Endstück, welches eine
Innenverzahnung oder Außenverzahnung aufweist, wird
erfindungsgemäß erstmalig im Fügebereich zwischen dem
hohlen Endstück und dem hohlen Wellenabschnitt eine
kombinierte Fügeverbindung in Form einer Preßverbindung und
einer stoffschlüssigen Verbindung erzeugt. Das hohle
Endstück und/oder der hohle Wellenabschnitt werden dazu
zumindest in dem Fügebereich mit einer die
Belastungsfähigkeit erhöhenden und die Tribokorrosion
verhindernden Schicht versehen. Vorteilhafter Weise besteht
die Schicht dabei aus einer verbundstabilen
Konversionsschicht hoher Adhäsionsneigung die beim
Herstellen der Preßverbindung kaltverschweißt oder
kaltverlötet. Dazu wird vorzugsweise eine Oberflächen
beschichtung in Form einer Zinkschicht, einer
Kupferschicht, einer Metallegierung oder einem Metall
gemisch gewählt. Durch diese Schicht im Fügebereich führt
die Relativverschiebung in der Preßfläche zwischen dem
Wellenabschnitt und dem Endstück zur Bildung lokaler oder
vollständiger Stoffschlußverbindungen in Form von
Kaltpreßlötverbindungen oder Kaltpreßschweißverbindungen,
ohne daß die beim trockenen Fügen stattfindenden negativen
Freßerscheinungen auftreten. Durch diese zusätzlich zur
kraftschlüssigen erzeugte stoffschlüssige Fügeverbindung
kann die Belastbarkeit gegenüber herkömmlichen Fügever
bindungen, bei denen Schmiermittel im Fügebereich
eingesetzt wird, wesentlich erhöht werden.
Die erforderliche Relativbewegung zwischen Hohlwelle und
Endstück, durch welche zusätzlich zum Kraftschluß der
Preßverbindung eine stoffschlüssige Fügeverbindung erzeugt
wird, kann durch folgende unterschiedliche Maßnahmen
erzeugt werden:
- - Zusammenstecken der beiden Teile,
- - örtliches Gleiten im Bereich der Fügeposition infolge statischer und/oder dynamischer Betriebsbelastung,
- - einmalige statische oder dynamische Verdrehung und/oder Axialverschiebung des Endstücks in Bezug auf die Hohlwelle oder umgekehrt in einer oder wechselnder Richtung,
- - definierte dynamische Belastung der Preßverbindung mit einer Wechselbelastungsamplitude, die einer statischen Belastung überlagert sein kann, wobei es sich um ein gezieltes Hochtrainieren der Übertragungsfähigkeit der Verbindung handelt, (Erzeugung durch Drehmoment-, Biegemoment- oder Axialkraftbelastung oder deren Kombinationen).
Das Aufbringen der Schicht kann durch chemische
Metallabscheidung, Plasmaspritzen oder andere geeignete
Verfahren erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform können
entweder Wellenabschnitt oder Endstück vollständig oder im
Fügebereich aus dem Beschichtungswerkstoff bestehen.
Neben der Verwendung von Oberflächenbeschichtungen in Form
von Metall können auch Klebstoffe, vorzugsweise Klebstoffe
mit darin enthaltenen Metallpartikeln aus einem oder
mehreren metallischen Werkstoffen (z. B. Zink, Kupfer,
Mertallegierungen) Anwendung finden.
Dabei werden vorzugsweise niedrigviskose Klebstoffe mit
einer Viskosität um 150 centipoise eingesetzt. Damit ist
eine nennenswerte Erhöhung der Verdrehfestigkeit auf ca.
das Doppelte der aus dem Preßsitz entstehenden
Verdrehfestigkeit gegeben.
Der Wellenabschnitt ist vorzugsweise als rohrförmiges
Hohlteil ausgebildet und weist beidseitig angeordnete
Endstücke auf.
Die Endstücke sind vorteilhafter Weise mit einer
Außenverzahnung versehen und
massiv oder
durchgängig hohl
ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: Antriebswelle mit in den hohlen Wellenabschnitt
eingesteckten Endstücken
Fig. 2: Antriebswelle mit über den hohlen Wellenabschnitt
am Außendurchmesser aufgesteckten Endstücken
Fig. 3: Antriebswelle mit in Richtung zum hohlen
Wellenabschnitt aufgeweiteten hohlen Endstücken
Die in Fig. 1 dargestellte Antriebswelle besteht aus einem
hohlen Wellenabschnitt 1 und zwei endseitig in den
Innendurchmesser des Wellenabschnittes 1 eingesteckten
Endstücken 2 mit einer Außenverzahnung 3.
Links wurde dabei die neuartige Variante eines hohlen
Endstückes 2 und rechts die Variante mit einem Endstück 2
aus Vollmaterial dargestellt. Der hohle Wellenabschnitt 1
weist an seinem Außendurchmesser und seinem
Innendurchmesser eine durchgängige Schicht z. B. in Form
einer Zinkschicht 4 auf.
In dem Fügebereich 5 - dem sich überlappende Fügebereich F
zwischen jedem Ende des Wellenabschnitts 1 und jeweils
einem Endstück 2 - wurde eine kombinierte Fügeverbindung in
Form einer Längspreßverbindung und einer stoffschlüssigen
Verbindung erzeugt, so daß entweder eine Kaltpreß
lötverbindung oder eine Kaltpreßschweißverbindung
hergestellt wurde. Diese weist gegenüber einfachen
Preßverbindungen eine wesentlich höhere Belastbarkeit auf,
so daß diese Verbindungen erstmalig der sehr hohen
Drehmomentbeanspruchung von Kraftfahrzeug-Antriebswellen
standhalten.
Durch eine Relativbewegung zwischen einem oder beiden
Endstücken und der Hohlwelle, z. B. durch ein sehr hohes
Drehmoment, wird die Kaltlötverbindung zwischen den sich
relativ zueinander bewegenden Teilen im Bereich der
Fügeverbindung noch inniger, so daß die Belastbarkeit der
kombinierten Fügeverbindung weiter erhöht wird.
Neben dem vorgenannt dargestellten Ausführungsbeispiel
können gem. Fig. 2 die hohlen Endstücke 2 auch auf den
Außendurchmesser des hohlen Wellenbereiches 1 aufgesteckt
werden. Der hohle Wellenbereich 1 weist dabei an seinen
beiden Enden einen Einzug 6 auf. Der sich dadurch bildende
Absatz 7 dient gleichzeitig als Anschlag beim Aufschieben
der Endstücke 2. Der mittige Bereich mit dem größeren
Durchmesser kann beispielsweise auch durch Innenhochdruck
umformen erzeugt werden.
Es ist möglich, nur den Einzug an seinem Außendurchmesser
im Fügebereich F mit einer Beschichtung (Metall oder
Klebstoff mit Metallpartikeln) zu versehen.
In beiden Ausführungsbeispielen verringert sich die
Wandstärke der Endstücke 2 in Steckrichtung, so daß in der
Anfangsphase des Fügens ein einfacheres Einführen in bzw.
Aufstecken auf den hohlen Wellenabschnitt 1 gegeben ist.
Gem. Fig. 3 ist es auch möglich, hohle Endstücke 2
einzusetzen, die in Richtung zum Fügebereich F aufgeweitet
sind.
Auf der linken Seite ist eine Variante mit einem hohlen
Endstück 2 dargestellt; auf der rechten Seite der Fig. 3
ist das Endstück im Bereich der Verzahnung 3 voll
ausgebildet und weist im Fügebereich ein Sackloch 8 auf.
Dieses kann z. B. durch Fließpressen erzeugt werden.
Der hohle Wellenabschnitt 1 weist in allen 3
Ausführungsvarianten außerhalb des Fügebereiches F einen
größeren Außendurchmesser als die Endstücke auf. Dadurch
wird das auf dessen Wandung wirkende Drehmoment geringer
und es ist möglich, die Wandstärke zu verringern.
Durch die erfindungsgemäße Lösung besteht die Möglichkeit,
die Endstücke 2 einschließlich Oberflächenhärtung
vollständig vorzufertigen, anschließend zur Erzeugung der
Antriebswelle in die Enden des hohlen Wellenabschnittes 1
zu stecken und dabei die kombinierte Fügeverbindung zu
erzeugen. Dabei können die Endstücke 2 und der hohle
Wellenabschnitt 1 auch aus unterschiedlichen und/oder
miteinander nicht schweißbaren Werkstoffen gefertigt sein.
Dadurch besteht die Möglichkeit, für den hohlen
Wellenabschnitt 1 z. B. durch Ziehen kaltverfestigten
Werkstoff zu verwenden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt auch darin,
daß die beim Fügen kaltverschweißenden der kaltverlötenden
Teile keinen Verzug erfahren, welcher Richt- oder
Nacharbeiten zur Folge hat.
Das Fügen der Antriebswelle erfolgt zwangsläufig ohne
Freßerscheinungen, wodurch keine Schmiermittel wie Öle oder
Fette und dergleichen notwendig sind.
Bei einer Überlastung der Antriebswelle in einem gewissen
Rahmen kommt es nicht zur Zerstörung der Fügeverbindung
sondern die Übertragungsfähigkeit zwischen dem mittigen
Wellenabschnitt 1 und den Endstücken 2 wird überraschender
Weise erhöht.
Claims (14)
1. Steckbare Antriebswelle, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug mit einem hohlen Wellenabschnitt (1) und
wenigstens einem sich daran über eine Steckverbindung
anschließenden Endstück (2), welches eine Verzahnung (3)
aufweist, wobei sich der Wellenabschnitt (1) und das
Endstück (2) im Fügebereich (F) überlappen, dadurch
gekennzeichnet, daß das Endstück (2) hohl ist und der
Wellenabschnitt (1) und das Endstück (2) im Fügebereich
(F) durch eine kombinierte Fügeverbindung miteinander
verbunden sind.
2. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die kombinierte Fügeverbindung in
der Art einer Preßverbindung und einer stoffschlüssigen
Verbindung ausgebildet ist.
3. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wellenabschnitt (1) und/oder das
Endstück (2) zumindest im Fügebereich (F) mit einer die
Belastungsfähigkeit erhöhenden und die Tribokorrosion
verhindernden Schicht versehen sind.
4. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem beim
Herstellen der Preßverbindung kaltverschweißendem oder
kaltverlötendem Werkstoff besteht.
5. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht als verbundstabile
Konversionsschicht ausgebildet ist.
6. Steckbare Antriebswelle nach einem der Ansprüche von 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht in Form
einer Zinkschicht, einer Kupferschicht, einer
Metallegierung oder einem Metallgemisch ausgebildet ist.
7. Steckbare Antriebswelle nach einem der Ansprüche von 3
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus
Klebstoff ausgebildet ist.
8. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Klebstoff Metallpartikel
enthält.
9. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß im Klebstoff Metallpartikel eines
oder unterschiedlicher Werkstoffe verwendet werden.
10. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß Metallpartikel aus Zink, Kupfer oder
Metallegierungen Anwendung finden.
11. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittelstück und Endstücke aus
unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
12. Steckbare Antriebswellen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittelstück und Endstücke in völlig
fertigen Zustand gefügt werden.
13. Steckbare Antriebswelle nach einem der Ansprüche von 1
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenabschnitt
(1) als rohrförmiges Hohlteil ausgebildet ist.
14. Steckbare Antriebswelle nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das Endstück (2) eine
Außenverzahnung aufweist und durchgängig hohl
ausgebildet ist.
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