DE19960963A1 - Tubular shaft for transmission of torque, particularly in drive train of road vehicle, gives rise to bending vibrations and bump vibrations during torque transmission - Google Patents

Abstract

The tubular shaft (3) for transmission of torque, particularly in the drive train of a road vehicle, gives rise to bending vibrations and bump vibrations during torque transmission. At least one axial section (9,10) of the shaft, in which a vibration bump is formed, is so constructed that in comparison with an adjacent shaft section it has an enlarged bending tendency and/or a reduced bump tendency. The shaft in the axial section for enlargement of the bending tendency has a reduced cross-section in comparison with the adjacent non-bendable shaft section. The reduced shaft cross-section of the weakly bendable axial section is formed by an all-round ring groove or ring notch.

Description

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Welle zur Übertragung eines Drehmoments, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine derartige Welle ist beispielsweise aus der DE 197 26 293 A1 bekannt.The invention relates to a tubular shaft for transmission of a torque, especially in the drive train Motor vehicle. Such a wave is out, for example known from DE 197 26 293 A1.

Insbesondere bei einer als Kardanwelle ausgebildeten Welle, die bei einem Fahrzeug mit Frontmotor und Heckantrieb die Antriebskräfte vom Motor bzw. Getriebe zum Differential der Antriebsachse überträgt, kann es aufgrund der Kraft- bzw. Momenteinleitung in diese Welle zur Ausbildung von Biegeschwingungen und Beulschwingungen in der Welle kommen. Dies wird unter anderem darauf zurückgeführt, daß die Momenteinleitung regelmäßig über eine Verzahnung erfolgt, die keine kontinuierliche Momenteinleitung, sondern eine impulsartige Momenteinleitung zur Folge hat, deren Impulsfrequenz von der Wellendrehzahl abhängt. Da außerdem eine derartige Welle einen schwingungsfähigen Körper bildet, der mindestens eine Biegeresonanzfrequenz und mindestens eine Beulresonanzfrequenz aufweist, kommt es bei bestimmten Drehzahlen oder Drehzahlbereichen in der Welle zu Resonanzschwingungen. Die Auswirkungen dieser Resonanzschwingungen werden vom Fahrzeugführer als sogenanntes "Heulen" akustisch wahrgenommen.In particular in the case of a shaft designed as a cardan shaft, that in a vehicle with front engine and rear-wheel drive Driving forces from the engine or transmission to the differential Transmits the drive axis, it can due to the force or Momentary introduction to this wave for the formation of Bending vibrations and buckling vibrations come in the shaft. One reason for this is that the Torque is initiated regularly via a toothing that no continuous introduction of moment, but one impulsive moment initiation, whose Pulse frequency depends on the shaft speed. Since also such a wave forms a vibrating body, the at least one bending resonance frequency and at least one Bump resonance frequency, it occurs with certain Speeds or speed ranges in the shaft too Resonance vibrations. The impact of this Resonance vibrations are so-called by the vehicle driver "Howl" perceived acoustically.

Aus der vorgenannten DE 197 26 293 A1 ist es bekannt, im Inneren der hohl ausgebildeten Welle an denjenigen Stellen einen Schwingungstilger anzuordnen, an denen ein Schwingungsmaximum, das heißt ein Schwingungsbauch erwartet wird. Diese Maßnahme hat zur Folge, daß ein Teil der Schwingungsenergie durch den Tilger gedämpft wird, so daß sich die Resonanzschwingungen nicht voll ausbilden können. Das Heulen der Welle wird dadurch reduziert.From the aforementioned DE 197 26 293 A1 it is known in Inside the hollow shaft at those points to arrange a vibration damper on which a Vibration maximum, that is, an antinode expected becomes. This measure means that part of the  Vibration energy is damped by the absorber, so that cannot fully develop the resonance vibrations. The Howl of the wave is reduced.

Aus der DE 38 07 184 A1 ist eine Antriebswelle bekannt, die in ihren Endabschnitten massiv und in einem Mittelabschnitt hohl ausgebildet ist. In diesen hohlen Mittelabschnitt ist ein elastisches Material unter Druck eingesetzt, wodurch Vibrationen in der Welle unterdrückt werden sollen. Auch bei dieser bekannten Welle werden die Resonanzschwingungen gedämpft, so daß eine Reduktion des Heulens erzielt werden kann.From DE 38 07 184 A1 a drive shaft is known which in their end portions solid and hollow in a central portion is trained. In this hollow middle section is a elastic material used under pressure, whereby Vibrations in the shaft should be suppressed. Also at this known wave becomes the resonance vibrations muffled so that a reduction in howling can be achieved can.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einer Welle der eingangs genannten Art mit einfachen Maßnahmen die Neigung zum Heulen zu reduzieren.The present invention addresses the problem with a wave of the type mentioned with simple Measures to reduce the tendency to howl.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a wave with the Features of claim 1 solved.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in denjenigen Wellenabschnitten, in denen im Resonanzfall ein Schwingungsbauch erwartet wird, die Welle lokal biegeweicher und/oder beulsteifer als im benachbarten Wellenabschnitt auszubilden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das problematische Heulen der Welle vor allem dann auftritt, wenn eine der Biegeresonanzfrequenzen etwa in den Frequenzbereich einer der Beulresonanzfrequenzen fällt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bewirkt eine Entzerrung dieser beiden Resonanzfrequenzen, wodurch eine nachteilige gegenseitige Verstärkung der Biegeresonanzschwingungen und der Beulresonanzschwingungen reduziert werden kann.The invention is based on the general idea in those wave sections in which a resonance Antinode is expected, the shaft locally more flexible and / or more stiff than in the adjacent shaft section to train. The invention is based on the knowledge that problematic howl of the wave occurs especially when one of the bending resonance frequencies approximately in the frequency range one of the buckling resonance frequencies falls. The invention proposed solution equalizes these two Resonance frequencies, creating an adverse mutual Amplification of the bending resonance vibrations and the Buckling resonance vibrations can be reduced.

Die Vergrößerung der lokalen Biegeneigung in bestimmten Schwingungsbäuchen hat zur Folge, daß sich die Welle dort leichter durchbiegen kann. Mit anderen Worten, die darauf abgestimmte Biegeresonanzschwingung tritt bereits bei niedrigeren Frequenzen bzw. Drehzahlen auf, das heißt diese Biegeresonanzfrequenz wird in Richtung kleinerer Frequenzen verschoben. Dies hat zur Folge, daß diese Biegeresonanzfrequenz nicht mehr im gleichen Maße mit der Beulresonanzfrequenz zusammenfällt, wie dies bei einer unveränderten Welle der Fall ist. Dementsprechend können sich die Biegeresonanzschwingungen und die Beulresonanzschwingungen nicht mehr gegenseitig unterstützen, mit der Folge, daß die nachteiligen Resonanzerscheinungen, nämlich das Heulen, insgesamt reduziert werden.The increase in local bending tendency in certain Vibration bellies has the consequence that the wave there can bend more easily. In other words, the one on it coordinated bending resonance vibration already occurs  lower frequencies or speeds, that is, this Bending resonance frequency is towards smaller frequencies postponed. As a result, this Bending resonance frequency no longer with the same degree Buckling resonance frequency coincides, as is the case with a unchanged wave is the case. Accordingly, you can the bending resonance vibrations and the buckling resonance vibrations no longer support each other, with the result that the adverse resonance phenomena, namely howling, be reduced overall.

Alternativ oder zusätzlich kann der für die Ausbildung von Schwingungsbäuchen bevorzugte Axialabschnitt der Welle so ausgebildet werden, daß er eine im Vergleich zu einem benachbarten Wellenabschnitt reduzierte Beulneigung aufweist, das heißt in diesem Axialabschnitt weist die Welle eine vergrößerte Beulstabilität auf. Dementsprechend steigt die Schwingungsfrequenz, bei der das Beulen auftritt, an, das heißt, die Beulresonanzen werden in Richtung höherer Frequenzen verschoben. Auch durch diese Maßnahme kann demnach ein Abstand zwischen der Biegeresonanzfrequenz und der Beulresonanzfrequenz eingestellt werden, derart, daß eine gegenseitige Unterstützung der Biegeresonanzschwingungen und der Beulresonanzschwingungen reduziert wird.Alternatively or additionally, the for the training of Antinodes preferred axial section of the shaft so be trained to be one versus one neighboring shaft section has a reduced tendency to bulge, that is, in this axial section, the shaft has a increased buckling stability. Accordingly, the Vibration frequency at which the buckling occurs, the means that the buckling resonances become higher Frequencies shifted. This measure can also be used accordingly a distance between the bending resonance frequency and the Buckling resonance frequency can be set such that a mutual support of bending resonance vibrations and the buckling resonance vibrations is reduced.

Von besonderer Effektivität ist es, wenn der zur Ausbildung eines Schwingungsbauchs neigende Axialabschnitt der Welle so geformt, bzw. so ausgebildet ist, daß er sowohl eine vergrößerte Biegeneigung als auch eine reduzierte Beulneigung aufweist, wodurch eine besonders starke Entzerrung der Biegeresonanzfrequenz und der Beulresonanzfrequenz erreicht wird und nachteilige Wechselwirkungen der Biegeresonanzschwingung und der Beulresonanzschwingungen reduziert werden können.It is particularly effective when it comes to training an axial section of the shaft which tends to vibrate shaped, or is designed so that it is both a increased bending tendency as well as a reduced buckling tendency has, whereby a particularly strong equalization of Bending resonance frequency and the buckling resonance frequency reached will and adverse interactions of the Bending resonance vibration and buckling resonance vibrations can be reduced.

Ein biegeweicher Axialabschnitt, der außerdem eine reduzierte Beulneigung aufweist, kann besonders einfach durch eine Reduzierung des Wellenquerschnitts hergestellt werden. Dabei können relativ kleine Übergangsradien sowie in axialer Richtung möglichst kleine Übergangsabschnitte von Vorteil sein.A flexible axial section that also reduced Has a tendency to buckle, particularly easily by a  Reduction of the shaft cross section can be produced. there can have relatively small transition radii as well as in axial In the direction of the smallest possible transition sections is an advantage his.

Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die reduzierten Wellenquerschnitte des biegeweichen Axialabschnittes jeweils durch eine umlaufende Ringnut bzw. eine umlaufende Ringkerbe gebildet sind, wobei auch hier kleine Übergangsradien bevorzugt werden. Derartige Ringnuten oder Ringkerben können relativ einfach hergestellt werden und bewirken einerseits eine Schwächung der Biegestabilität bei gleichzeitiger Verstärkung der Beulstabilität.It has been shown to be particularly advantageous if the reduced wave cross sections of the flexible Axial section each by a circumferential annular groove or a circumferential ring notch are formed, also here small transition radii are preferred. Such ring grooves or ring notches can be made relatively easily and cause a weakening of the bending stability simultaneous reinforcement of the buckling stability.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention Device result from the dependent claims, from the Drawings and from the associated figure description based on of the drawings.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the Features to be explained below not only in the combination given in each case, but also in others Combinations or alone can be used without the To leave the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are in the Drawings are shown and are shown in the following Description explained in more detail.

Es zeigen, jeweils schematisch,Each shows schematically

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der eine Welle nach der Erfindung enthält, Fig. 1 is a schematic representation of a powertrain of a motor vehicle, which includes a shaft according to the invention,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Welle entsprechend einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 is a longitudinal section through the shaft according to a first embodiment,

Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 is a view as in Fig. 2, but of a second embodiment,

Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer dritten Ausführungsform, Fig. 4 is a view as in FIG. 2, but of a third embodiment,

Fig. 5 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer vierten Ausführungsform, Fig. 5 is a view as in FIG. 2, but of a fourth embodiment,

Fig. 6 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer fünften Ausführungsform, Fig. 6 is a view as in FIG. 2, but of a fifth embodiment,

Fig. 7 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer sechsten Ausführungsform, Fig. 7 is a view as in FIG. 2, but of a sixth embodiment,

Fig. 8 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer siebten Ausführungsform, und Fig. 8 is a view as in Fig. 2, but a seventh embodiment, and

Fig. 9 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer achten Ausführungsform. Fig. 9 is a view as in Fig. 2, but an eighth embodiment.

Entsprechend Fig. 1 weist eine Brennkraftmaschine 1 ausgangsseitig ein Getriebe 2 auf, das die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 mit Hilfe einer rohrförmigen Welle 3, die auch als "Kardanwelle" bezeichnet werden kann, an ein Differential 4 einer angetriebenen Achse 5, z. B. Hinterradachse, überträgt. Durch die Art der Kraft- bzw. Momenteinleitung in die Welle 3, die regelmäßig mittels einer Verzahnung erfolgt, können in der Welle 3 Schwingungen erzeugt werden. Dabei wird zwischen Torsionsschwingungen, Biegeschwingungen und Beulschwingungen unterschieden. Bei modernen Personenkraftwagen mit relativ dicken Antriebswellen 3, die zur Übertragung großer Antriebsmomente geeignet sind, fallen z. B. eine Biegeresonanzfrequenz und eine Beulresonanzfrequenz der Welle 3 zusammen oder liegen relativ nahe beieinander. Die im Resonanzbereich entstehenden Resonanzschwingungen besitzen eine nachteilige Wechselwirkung und können im Bereich der Resonanzfrequenz zum "Heulen" der Welle 3 bzw. des Antriebsstrangs führen.According to Fig. 1, an internal combustion engine 1 on the output side a transmission 2 which, for the drive power of the internal combustion engine 1 by means of a tubular shaft 3, which can also be referred to as a "drive shaft", to a differential 4 of a driven axle 5. B. rear axle transmits. Due to the type of force or moment input into the shaft 3 , which takes place regularly by means of teeth, vibrations can be generated in the shaft 3 . A distinction is made between torsional vibrations, bending vibrations and buckling vibrations. In modern passenger cars with relatively thick drive shafts 3 , which are suitable for transmitting large drive torques, for. B. a bending resonance frequency and a buckling resonance frequency of the shaft 3 together or are relatively close to each other. The resonance vibrations occurring in the resonance range have an adverse interaction and can lead to the "howling" of shaft 3 or the drive train in the range of the resonance frequency.

Im Unterschied zum Heulen der Welle 3, das sich aufgrund der Momenteinleitung in die Welle 3 ausbildet, kann die Welle 3 auch zum sogenannten "Brummen" angeregt werden, das durch Vibrationen des Motors 1 verursacht wird. Während das Brummen vorzugsweise auf Biegeschwingungen der ersten Ordnung, das heißt die Wellenlänge der Biegeschwingungen entspricht der doppelten Länge der Welle 3, zurückzuführen ist, hat das Heulen seine Ursache im wesentlichen in Biegeschwingungen der zweiten Ordnung, das heißt die Wellenlänge der Biegeschwingungen entspricht der Länge der Welle 3, die mit Beulschwingungen der ersten oder zweiten Ordnung zusammentreffen können.In contrast to the howl of the shaft 3 , which is formed due to the introduction of the moment into the shaft 3 , the shaft 3 can also be excited to the so-called "hum" which is caused by vibrations of the motor 1 . While the humming is preferably due to bending vibrations of the first order, i.e. the wavelength of the bending vibrations corresponds to twice the length of the shaft 3 , the howling has its cause essentially in bending vibrations of the second order, that is to say the wavelength of the bending vibrations corresponds to the length of the Wave 3 , which can coincide with buckling vibrations of the first or second order.

Es ist klar, daß sich die Erfindung nicht auf eine das Getriebe 2 mit dem Differential 4 in einem Stück durchgehend verbindende Antriebswelle 3 beschränkt ist, vielmehr läßt sich die erfindungsgemäße Lehre auf jede selbsttätig zu Schwingungen anregbare Welle anwenden.It is clear that the invention is not limited to a drive shaft 3 which continuously connects the transmission 2 with the differential 4 in one piece, rather the teaching according to the invention can be applied to any shaft that can be automatically excited to vibrate.

Entsprechend Fig. 1 weisen die sich in der Welle 3 ausbildenden Schwingungen in den Endabschnitten der Welle 3 jeweils einen Schwingungsknoten 6 bzw. 7 auf, was durch die Fixierung der Welle 3 am Getriebe 2 bzw. am Differential 4 vorgegeben ist. Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen, üblicherweise auftretenden Schwingungsform entspricht die axiale Länge der Welle 3 einer Wellenlänge der sich aufbauenden Schwingungen, so daß in der Mitte der Welle 3 ein weiterer Schwingungsknoten 8 entsteht. Zwischen den Schwingungsknoten 6 und 8 bzw. 7 und 8 bildet sich ein Schwingungsmaximum, ein sogenannter Schwingungsbauch aus, wobei in Fig. 1 der jeweils zugehörige Axialabschnitt der Welle 3 mit 9 bzw. 10 gekennzeichnet ist. According to Fig. 1, the forming in the shaft 3, vibrations in the end portions of the shaft 3 each comprise a vibration nodes 6 and 7, respectively, which is predetermined by the fixing of the shaft 3 to the transmission 2 and the differential mechanism 4. In the case of the normally occurring vibration form shown in FIG. 1, the axial length of the shaft 3 corresponds to a wavelength of the vibrations that build up, so that a further vibration node 8 is formed in the middle of the shaft 3 . A vibration maximum, a so-called antinode, is formed between the vibration nodes 6 and 8 or 7 and 8 , the respective axial section of the shaft 3 being identified by 9 and 10 in FIG. 1.

Entsprechend den Fig. 2, 3 und 4 weist die Welle 3 zwischen den zur Ausbildung der Schwingungsbäuche bevorzugten Axialstellen 9 und 10 jeweils einen Wellenabschnitt 11 auf, der einen Innendurchmesser D_II aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser D_I der axial an den Wellenabschnitt 11 angrenzenden Wellenabschnitte 12 und 13. Dementsprechend bildet sich in den Axialabschnitten 9 und 10 ein Durchmessersprung aus.According to FIGS. 2, 3 and 4, the shaft 3 has a shaft section 11 between the axial points 9 and 10 preferred for the formation of the antinodes, which has an inner diameter D _II that is larger than the inner diameter D _I that axially on the shaft section 11 adjacent shaft sections 12 and 13 . Accordingly, a jump in diameter is formed in the axial sections 9 and 10 .

Ein derartiger Durchmessersprung ist bei den Axialabschnitten 9 und 10 bei allen Varianten der Fig. 2 bis 9 ausgebildet. Hierbei bleibt vorzugsweise eine Wandstärke d entlang der Welle 3 im wesentlichen konstant. Aus den Fig. 2 bis 9 geht außerdem hervor, daß es sich bei der Welle 3 um eine relativ dünnwandige Welle handelt, bei der der Wellendurchmesser mindestens zehnmal, vorzugsweise zwanzigmal größer ist als die Wandstärke d.Such a jump in diameter is formed in the axial sections 9 and 10 in all variants of FIGS. 2 to 9. Here, a wall thickness d preferably remains essentially constant along the shaft 3 . From FIGS. 2 to 9 also show that it is in the shaft 3 by a relatively thin-walled shaft, wherein the shaft diameter is at least ten times, preferably twenty times greater than the wall thickness d.

Durch die Querschnittssprünge im Bereich der Axialabschnitte 9 und 10 weist die Welle in diesen Axialabschnitten 9 und 10 jeweils eine kleinere lokale Biegesteifigkeit auf als in dem mittleren Wellenabschnitt 11. Durch die radiale Orientierung der Wandung in den Axialabschnitten 9 und 10 ergibt sich dort gleichzeitig eine Vergrößerung der Beulstabilität.Due to the cross-sectional jumps in the area of the axial sections 9 and 10 , the shaft in these axial sections 9 and 10 each has a lower local bending stiffness than in the middle shaft section 11 . The radial orientation of the wall in the axial sections 9 and 10 also results in an increase in the buckling stability there.

Insbesondere ergibt sich somit die erwünschte Entzerrung der Beulresonanzfrequenz, die sich zu höheren Frequenzen verschiebt, und der Biegeresonanzfrequenz, die sich zu niedrigeren Frequenzen verschiebt.In particular, this results in the desired equalization of the Buckling resonance frequency, which translates to higher frequencies shifts, and the bending resonance frequency, which increases shifts lower frequencies.

Die Ausführungsformen der Fig. 2, 3 und 4 werden bevorzugt, da die Vergrößerung des Durchmessers im mittleren Wellenabschnitt 11 gleichzeitig eine Erhöhung der Biegesteifigkeit zwischen den Axialabschnitten 9 und 10 zur Folge hat. Dies ist im Hinblick auf die Anregung der Biegeschwingungen erster Ordnung von besonderer Bedeutung, da diese zwischen den beiden Axialabschnitten 9 und 10 ihren Schwingungsbauch aufweisen. Durch die Erhöhung der Biegesteifigkeit im Schwingungsbauch der Biegeschwingungen erster Ordnung wird neben der Heul- Neigung gleichzeitig die Brumm-Neigung der Welle 3 reduziert.The embodiments of FIGS. 2, 3 and 4 are preferred, since the increase in the diameter in the central shaft section 11 also results in an increase in the bending stiffness between the axial sections 9 and 10 . This is of particular importance with regard to the excitation of the bending vibrations of the first order, since these have their antinode between the two axial sections 9 and 10 . By increasing the bending stiffness in the antinode of the first order bending vibrations, the humming tendency of the shaft 3 is reduced in addition to the howling tendency.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind an den Übergangsabschnitten zwischen den Wellenabschnitten 12 bzw. 13 mit dem kleineren Durchmesser D_I und dem mittleren Wellenabschnitt 11 mit dem relativ großen Durchmesser D_II vergleichsweise kleine Übergangsradien r vorgesehen.In the embodiment according to FIG. 2, relatively small transition radii r are provided on the transition sections between the shaft sections 12 and 13 with the smaller diameter D _I and the middle shaft section 11 with the relatively large diameter D _II .

In Fig. 3 ist eine besondere Ausführungsform dargestellt, da dort die Querschnittssprünge mittels einer Kreisscheibe 14 realisiert werden, die eine zentrische Kreisöffnung 15 enthält. Im Randbereich der Kreisöffnung 15 ist an eine axiale Seite der Kreisscheibe 14 jeweils der Wellenabschnitt 12 bzw. 13 mit dem kleineren Durchmesser angeschlossen, wobei der Innendurchmesser D_I des Wellenabschnitts 12 bzw. 13 vorzugsweise dem Innendurchmesser der Kreisöffnung 15 entspricht. Auf der anderen axialen Seite der Kreisscheibe 14 ist jeweils der mittlere Wellenabschnitt 11 mit dem größeren Innendurchmesser D_II angebracht, wobei der Außendurchmesser der Kreisscheibe 14 vorzugsweise dem Außendurchmesser des mittleren Wellenabschnitts 11 entspricht. Die Wellenabschnitte 11, 12, 13 sind beispielsweise durch Schweißnähte mit den Kreisscheiben 14 verbunden. Bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird besonders deutlich, wie die Beulstabilität im Bereich der Axialabschnitte 9 und 10 durch die Kreisscheiben 14 deutlich erhöht werden kann, während sich gleichzeitig die Biegestabilität im Bereich dieser Axialabschnitte 9 und 10 reduziert.A special embodiment is shown in FIG. 3, since there the cross-sectional jumps are realized by means of a circular disk 14 which contains a central circular opening 15 . In the edge region of the circular opening 15 , the shaft section 12 or 13 with the smaller diameter is connected to an axial side of the circular disk 14 , the inside diameter D _{I of} the shaft section 12 or 13 preferably corresponding to the inside diameter of the circular opening 15 . The middle shaft section 11 with the larger inner diameter D _{II is} attached to the other axial side of the circular disk 14 , the outer diameter of the circular disk 14 preferably corresponding to the outer diameter of the middle shaft section 11 . The shaft sections 11 , 12 , 13 are connected to the circular disks 14 , for example by welds. In this embodiment according to FIG. 3 it is particularly clear how the buckling stability in the area of the axial sections 9 and 10 can be significantly increased by the circular disks 14 , while at the same time the bending stability in the area of these axial sections 9 and 10 is reduced.

Bei der Variante gemäß Fig. 4 weisen die Übergangszonen jeweils eine abgeschrägte Flanke auf, die mit einem Winkel α gegenüber einer Ebene geneigt ist, die senkrecht zu einer Längsachse 16 der Welle 3 verläuft. Auch hier ist dieser Winkel α möglichst klein; die Variante gemäß Fig. 3 bildet hierbei den Extremfall mit α = 0°. In the variant according to FIG. 4, the transition zones each have a beveled flank which is inclined at an angle α with respect to a plane which is perpendicular to a longitudinal axis 16 of the shaft 3 . Here too, this angle α is as small as possible; the variant according to FIG. 3 forms the extreme case with α = 0 °.

Im Unterschied zu den Varianten der Fig. 2, 3 und 4 sind in den Varianten der Fig. 5, 6 und 7 die Querschnittssprünge in den Axialabschnitten 9 und 10 so ausgebildet, daß der Wellendurchmesser D_II im mittleren Abschnitt 11' kleiner ausfällt als in den axial daran angrenzenden Wellenabschnitten 12' und 13'. Auch diese Ausführungsformen haben im Bereich der Axialabschnitte 9 und 10 eine reduzierte lokale Biegesteifigkeit bei gleichzeitig stark erhöhter Beulsteifigkeit. Bei diesen Ausführungsformen ist jedoch von relativem Nachteil, daß sich im mittleren Wellenbereich 11' zwischen den Axialabschnitten 9 und 10 die Biegesteifigkeit ebenfalls reduziert, wodurch die Biegeschwingungen erster Ordnung zu niedrigeren Frequenzen verschoben werden und größere, störende Amplituden erreichen können.In contrast to the variants of FIGS. 2, 3 and 4, in the variants of FIGS. 5, 6 and 7 the cross-sectional jumps in the axial sections 9 and 10 are designed such that the shaft diameter D _II in the middle section 11 'is smaller than in FIG the axially adjacent shaft sections 12 'and 13 '. These embodiments also have a reduced local bending stiffness in the area of the axial sections 9 and 10 with a greatly increased buckling stiffness at the same time. In these embodiments, however, it is a relative disadvantage that the bending stiffness is also reduced in the middle wave range 11 'between the axial sections 9 and 10 , as a result of which the first-order bending vibrations are shifted to lower frequencies and can achieve larger, disturbing amplitudes.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist in den Axialabschnitten 9 und 10 eine Durchmesserreduzierung in Form einer umlaufenden Ringnut oder Ringkerbe 17 ausgebildet. Auch hier bleibt die Wandstärke d entlang der Welle 3 im wesentlichen unverändert. Dementsprechend können die Ringnuten oder Ringkerben 17 der Variante gemäß Fig. 8 beispielsweise durch Umformung ausgebildet werden. Die Ringkerben 17 sind ebenfalls mit relativ kleinen Radien r ausgebildet.In the embodiment according to FIG. 8, a reduction in diameter in the form of a circumferential ring groove or ring notch 17 is formed in the axial sections 9 and 10 . Here too, the wall thickness d along the shaft 3 remains essentially unchanged. Accordingly, the ring grooves or ring notches 17 of the variant according to FIG. 8 can be formed, for example, by reshaping. The ring notches 17 are also formed with relatively small radii r.

Durch die Ringnuten 17 ergibt sich aufgrund des doppelten Durchmessersprungs eine Reduktion der Biegesteifigkeit im Bereich der Ringnuten 18, wodurch Biegeverformungen der Welle 3 vereinfacht werden. Da sich die Ringnuten 17 an den zur Ausbildung der Schwingungsbäuche bevorzugten Axialabschnitten 9 und 10 befinden, wird die Biegeresonanzfrequenz der Welle 3 zu kleineren Frequenzen hin verschoben. Gleichzeitig bewirken derartige Ringnuten 17 eine Reduktion der Beulneigung in den Axialabschnitten 9 und 10, so daß sich die Beulresonanzfrequenz zu größeren Frequenzen hin verschiebt. Auch hierdurch ergibt sich eine Entzerrung der Biegeresonanzfrequenz von der Beulresonanzfrequenz, mit der Folge, daß eine gegenseitige Unterstützung der Biegeresonanzschwingungen und der Beulresonanzschwingungen reduziert werden kann.The annular grooves 17 result in a reduction in the bending stiffness in the region of the annular grooves 18 due to the double jump in diameter, which simplifies bending deformations of the shaft 3 . Since the annular grooves 17 are located on the axial sections 9 and 10 preferred for the formation of the antinodes, the bending resonance frequency of the shaft 3 is shifted towards smaller frequencies. At the same time, such ring grooves 17 reduce the tendency to buckling in the axial sections 9 and 10 , so that the buckling resonance frequency shifts towards higher frequencies. This also results in an equalization of the bending resonance frequency from the buckling resonance frequency, with the result that mutual support of the bending resonance vibrations and the buckling resonance vibrations can be reduced.

Entsprechendes gilt für die Variante gemäß Fig. 9, die an den Axialstellen 9 und 10 radial nach außen vorstehende Ringwülste 18 aufweist. Auch diese Ringwülste 18 bewirken in den Axialabschnitten 9 und 10 Durchmessersprünge die jeweils mit einer Erhöhung der Beulsteifigkeit bei gleichzeitig reduzierter Biegesteifigkeit einhergehen.The same applies to the variant according to FIG. 9, which has annular beads 18 protruding radially outwards at the axial points 9 and 10 . These annular beads 18 also cause jumps in diameter in the axial sections 9 and 10, each of which is accompanied by an increase in the buckling stiffness with a simultaneously reduced bending stiffness.

Die Erhöhung der Biegeneigung in den bevorzugten Axialabschnitten 9 und 10 aufgrund der dort ausgebildeten Durchmessersprünge beruht nicht ausschließlich auf der Tatsache das eine Welle mit geringerem Durchmesser eine kleinere Biegesteifigkeit aufweist als eine Welle mit größerem Durchmesser. Im Bereich der Durchmessersprünge verläuft die Wand der rohrförmigen Welle im wesentlichen in radialer Richtung, so daß Biegebewegungen der Welle 3 in diesen Axialabschnitten 9 und 10 mit großen Hebelkräften auf diesen Wandabschnitt einwirken und dementsprechend große Biegeverformungen im Bereich dieses Durchmessersprunges bewirken können. Im Unterschied dazu wirken die im wesentlichen radial verlaufenden Wandabschnitte im Bereich der Durchmessersprünge in diesen Axialabschnitten 9 und 10 wie eine starre Wand und ergeben damit eine erhebliche Versteifung bezüglich des Beulverhaltens der Welle 3. Besonders deutlich wird dies an den Ausführungsformen der Fig. 3 und 6.The increase in the tendency to bend in the preferred axial sections 9 and 10 due to the jumps in diameter formed there is not solely due to the fact that a shaft with a smaller diameter has a smaller bending stiffness than a shaft with a larger diameter. In the area of the diameter jumps, the wall of the tubular shaft runs essentially in the radial direction, so that bending movements of the shaft 3 in these axial sections 9 and 10 act on this wall section with great leverage and can accordingly cause large bending deformations in the area of this diameter jump. In contrast to this, the essentially radially extending wall sections in the area of the diameter jumps in these axial sections 9 and 10 act like a rigid wall and thus result in considerable stiffening with regard to the buckling behavior of the shaft 3 . This becomes particularly clear in the embodiments of FIGS. 3 and 6.

Claims (9)

1. Rohrförmige Welle zur Übertragung eines Drehmoments, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, die bei der Drehmomentübertragung zur Durchführung von Biegeschwingungen und Beulschwingungen angeregt wird, wobei die Schwingungen an den axialen Endbereichen der Welle (3) jeweils einen Schwingungsknoten und zwischen den Enden mindestens einen Schwingungsbauch aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Axialabschnitt (9, 10) der Welle (3), in dem sich ein Schwingungsbauch ausbildet, so ausgebildet ist,
daß er im Vergleich zu einem benachbarten Wellenabschnitt eine vergrößerte Biegeneigung und/oder eine reduzierte Beulneigung aufweist.1. Tubular shaft for transmitting a torque, in particular in the drive train of a motor vehicle, which is excited in the torque transmission to carry out bending vibrations and buckling vibrations, the vibrations at the axial end regions of the shaft ( 3 ) each having an oscillation node and at least one antinode between the ends have, characterized ,
that at least one axial section ( 9 , 10 ) of the shaft ( 3 ), in which an antinode is formed, is designed in such a way
that it has an increased bending tendency and / or a reduced buckling tendency compared to an adjacent shaft section. 2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) im Axialabschnitt (9, 10) zur Vergrößerung der Biegeneigung einen im Vergleich mit dem benachbarten biegesteiferen Wellenabschnitt (11; 12, 13) reduzierten Querschnitt aufweist.2. Shaft according to claim 1, characterized in that the shaft ( 3 ) in the axial section ( 9 , 10 ) to increase the bending tendency has a reduced cross-section in comparison with the adjacent more rigid shaft section ( 11 ; 12 , 13 ). 3. Welle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Wellenquerschnitt des biegeweichen Axialabschnittes (9, 10) durch eine umlaufende Ringnut oder Ringkerbe (18) gebildet ist.3. Shaft according to claim 2, characterized in that the reduced shaft cross section of the flexible axial section ( 9 , 10 ) is formed by a circumferential annular groove or ring notch ( 18 ). 4. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) relativ dünnwandig ausgebildet ist und ein Verhältnis von Wandstärke (d) zu Rohrdurchmesser von mindestens 1 : 10, insbesondere von mindestens 1 : 20, aufweist.4. Shaft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft ( 3 ) is relatively thin-walled and has a ratio of wall thickness (d) to pipe diameter of at least 1:10, in particular at least 1:20. 5. Welle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) im Axialabschnitt (9, 10) einen Durchmessersprung aufweist.5. Shaft according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shaft ( 3 ) in the axial section ( 9 , 10 ) has a diameter jump. 6. Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendurchmesser zwischen zwei benachbarten Axialabschnitten (9, 10) größer ist als in den axial daran angrenzenden Wellenabschnitten.6. Shaft according to claim 5, characterized in that the shaft diameter between two adjacent axial sections ( 9 , 10 ) is larger than in the axially adjacent shaft sections. 7. Welle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendurchmesser zwischen zwei benachbarten Axialabschnitten (9, 10) kleiner ist als in den axial daran angrenzenden Wellenabschnitten.7. Shaft according to claim 5, characterized in that the shaft diameter between two adjacent axial sections ( 9 , 10 ) is smaller than in the axially adjacent shaft sections. 8. Welle nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) zur Ausbildung eines Durchmessersprungs eine Kreisscheibe (14) mit einer zentrischen Kreisöffnung (15) aufweist, die an ihrer einen Axialseite mit einem ersten Wellenabschnitt (12, 13; 11) verbunden ist, dessen Innendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Kreisöffnung (15) entspricht, und die an ihrer anderen Axialseite mit einem zweiten Wellenabschnitt (11; 12, 13) verbunden ist, dessen Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser der Kreisscheibe (14) entspricht.8. Shaft according to one of claims 5 to 7, characterized in that the shaft ( 3 ) to form a jump in diameter has a circular disc ( 14 ) with a central circular opening ( 15 ) which on its one axial side with a first shaft section ( 12 , 13 ; 11 ) is connected, the inside diameter of which corresponds approximately to the inside diameter of the circular opening ( 15 ), and which is connected on its other axial side to a second shaft section ( 11 ; 12 , 13 ), the outside diameter of which corresponds approximately to the outside diameter of the circular disk ( 14 ) . 9. Welle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kreisscheibe etwa der Wandstärke (d) des ersten und/oder zweiten Wellenabschnitts (11, 12, 13) entspricht.9. Shaft according to claim 8, characterized in that the thickness of the circular disc corresponds approximately to the wall thickness (d) of the first and / or second shaft section ( 11 , 12 , 13 ).