DE2950938C2 - Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb mit automatischem Getriebe - Google Patents

Description

a) die Verbindung der Hohlwelle (24) mit der Ausgangswelle (Abtriebswelle 3) des Antriebsaggregats ein Gleichlaufdrehgelenk (Gleitgelenk 5) in Tripod-Bauart ist mit dem Hülsendement (11) mit drei Ausbuchtungen (12) als Wälzbahnen (14), in welchen auf einem Tripod-Element (8) auf Zapfen (10) nadelgelagerte Rollkörper (9) laufen,

b) daß in den drei Ausbuchtungen (12) über einen Längsabschnitt des Hülsenelements (11) ein elastischer Einsatz (15) lagert, welcher die die radialen Ansätze (26) der Hohlwelle (24) begrenzenden Ausnehmungen (Anlageflächen 16a, 16ö;bildet, *o

c) daß zwischen den Wälzbahnen (14) und dem elastischen Einsatz (15) eine in den Ausbuchtungen (12) gelagerte Radialscheibe (21) angeordnet und drehfest mit der Vollwelle (19) verbunden ist,

d) daß das bei verlangsamtem Motor, eingelegtem Anfahrgang und durch Bremsbetätigung stillstehendem Fahrzeug aufbringbare Drehmoment (c_r) zwischen dem für das Winkelspiel der Hohlwelle (24) vorbestimmten oberen Drehmomentwert fa) und einem unteren Drehmomentwert (ti) Hegt,

e) daß die Vorspannung der Vollwelle (19) bzw. der für das Winkelspiel der Hohlwelle (24) vorbestimmte untere Drehmomentwert (Vor-Spannkraft C₀) etwas unterhalb des unteren Drehmomentwertes (c\) liegt.

2. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Einsatz (15) in Form einer Manschette mit zwei inneren Endflanschen (Innenflansche 17 und 18) ausgebildet ist, welche zwischen der radialen Scheibe (21) und einer weiteren Scheibe (Abstützscheibe 28) angeordnet sind, die ihrerseits über Sprengringe (29) axial gesichert sind.

3. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Balg

(31) zwischen der Ausgangswelle (Abtriebswelle 3) und dem Hülsenelement (11), einen zweiten Balg (32) zwischen dem Hülsenelemeni (J 1) und der Hohlwelle (24) und mindestens einem elastischen Ring (Führungsring 30), welcher nahe dem freien Ende der Hohlwelle (24) als Dichtverschluß für cien Ringraum zwischen den beiden Wellen (19 und 24) angeordnet ist

4. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelspiel im elastischen Einsatz (15) zwischen 6° und 20° beträgt

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb und automatischem Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Antriebswelle mit den wesentlichen im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist durch die US-PS 23 94 405 bekannt

Die bekannte Antriebswelle ist so ausgebildet, daß die Verbindung zwischen der Hohlwelle sowie der Vollwelle mit der Ausgangswelle des Antriebsaggregats über eine Vielnutverbindung erfolgt Es ergibt sich damit ein sehr komplizierter Aufbau der einzelnen Teile und eine erhebliche Störanfälligkeit.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Antrieb für Kraftfahrzeuge, mit einem verdrehweichen Zwischenglied, wobei zwischen der Hohlwelle und der Vollwelle keine Vorspannung vorliegt (DE-AS 10 89281). Weiterhin ist die Verbindung zwischen den einzelnen Wellen mit dem Getriebe über ein Kardangelenk hergestellt. Dadurch ergibt sich nachteiligerweise eine Verminderung des Fahrkomforts, wobei außerdem diese bekannte Transmissionswelle ebenfalls infolge ihrer Vielnutverbindung kostenaufwendig im Aufbau ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, bei einer Transmissionswelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch eine einfache Ausbildung der Gelenke eine kostensparende Herstellung zu erzielen, wobei gleichzeitig ein verbesserter Fahrkomfort erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß durch Verwendung eines einzigen Hülsenelementes verschiedene Funktionen ausgeübt werden können: auf einem Abschnitt der Länge begrenzen Ausbuchtungen die Wälzbahnen für die Rollkörper des Tripod-Elements, in einem Zwischenbereich dient eine Scheibe zur Herstellung der Vorspannung der Vollwelle und auf der übrigen Länge bilden dieselben Ausbuchtungen die zur Aufnahme von radialen Ansätzen der Hohlwelle mit einem Winkelspiel erforderlichen Ausnehmungen. Durch das Tripod-Element ergibt sich gleichzeitig ein verbesserter Fahrkomfort.

Eine derartige Antriebswelle zeigt große Elastizität auf Torsionsbeanspruchung zwischen zwei Drehmomentwerten Ci und ft des Drehmomentes, die das dem Anzug des Kennungswandlers bzw. automatischen Getriebes entsprechende Drehmoment c_r bei verlangsamtem Motor und gebremstem Fahrzeug begrenzen. Bei Drehmomenten diesseits von c\ und oberhalb von q verliert die Antriebswelle ihre Elastizität auf Torsionsbeanspruchung zum größten Teil.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich 3US den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines m der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teils geschnitten, einer Antriebswelle; .

Fig.2 bis 4 jeweils den Querschnitt durch die Antriebswelle gemäß den Linien 2-2, 3-3 und 4-4 in Fig I-

Fig-5 und 6 analoge Schnitte zu Fig.4 zur Veranschaulichung der relativen Stellungen der Vollwelle und der Hohlwelle unter verschiedenen Betriebsbedingungen; .

Fig.7 in einer grafischen Kurve die mechanischen Eigenschaften der Antriebswelle nach F i g. 1, wobei das Antriebsdrehmoment auf der Oridnate und der Torsionswinkel auf der Abszisse aufgetragen ist

In F i g. 1 bis 4 ist mit 1 die Kraftübertragungsvorrichtung eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb und automatischem Getriebe bezeichnet; sie verbindet den Ausgang bzw. die Abtriebswelle 3 des mit dem Getriebe zusammenwirkenden Differentials 4 mit dem Achszapfen 2 eines Vorderrads. Das andere Vorderrad wird über eine analoge Kraftübertragungsvorrichtung getrieben.

Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 besteht aus einem homokinetischen Gleitgelenk 5 in Tripod-Bauart, einer Antriebswelle 6 und einem weiteren, nicht gleitenden homokinetischen Gelenk 7 in Tripod-Bauart. Zum besseren Verständnis sind alle Elemente auf ein und derselben Achse X-X zentriert dargestellt, obwohl die Gelenke 5 und 7 eine versetzte Anlenkung der Kraftübertragung gewährleisten.

Das als Gleitgelenk ausgelegte Gelenk 5 weist ein Tripod-Element 8 auf, das am Ende der Welle 3 befestigt Ji ist und dessen drei ballige Rollkörper 9 auf drei radialen zylindrischen Zapfen 10 auf Nadellagern drehbar sind.

Das zugehörige Hülsenelement 11 des Gelenks 5 ist als eine an beiden Enden offene, rohrförmige Muffe ausgebildet, deren von einem Ende zum anderen durchgehend gleichbleibendes Querschnittsprofil (Pig 2—4) drei über zylindrische Abschnitte 13 verbundene Ausbuchtungen 12 aufweist. Jede Ausbuchtung 12 begrenzt in ihrem Inneren ein Wälzbahnpaar 14 in Form zylindrischer Abschnitte mit gleichem Radius wie die Rollkörper 9; wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist jeder Rollkörper 9 in einer Ausbuchtung 12 aufgenommen und kann in der dem Differential 4 benachbarten Hälfte der Muffe 11 gleiten.

In der anderen Hälfte der Muffe sitzt ein weicher und elastischer Einsatz 15 aus Elastomer. Dieser Einsatz (Fig.4) ist als hülsenförmige Manschette ausgebildet und liegt an der Innenwand des Hülsenelementes 11 mit im wesentlichen gleichbleibender Dicke an. Die Wanddicke dieser Manschette ist jedoch senkrecht zu dem Wälzbahnenpaar 14 etwas verstärkt, um auf der Innenseite plane Anlageflächen 16a und 160 zu bilden. Am inneren und äußeren Ende bildet die Manschette einstückige radiale Innenflansche 17 und 18, welche jeweils eine kreisförmige Mittelbohrung einschließen.

Die Antriebswelle 6 setzt sich aus zwei Hauptelementen zusammen. Das eine Element ist eine Vollwelle 19 in Form eines Rundstabs aus gehärtetem Stahl oder aus anderem Material mit hohen Elastizitätseigenschaften, die an ihrem einen Ende an einer drehfest mit dem ^fe5 Hülsenelement 11 verbundenen Radialscheibe 21 befestigt ist. Zu diesem Zweck (F i g. 3) ist die Scheibe 21 in ihrer Form im wesentlichen der Innenform des Hülsenelementes 11 angepaßt, jedoch stets mit einem gewissen Radialspiel zum Boden deren Ausbuchtungen. Das andere Ende der Vollwelle 19 ist über eine Kerbzahnverbindung 22 mit dem eingangsseitigen Tripodelement des Gelenks 7 verbunden.

Das zweite Element der Welle 6 ist im wesentlichen eine die Vollwelle 19 koaxial umgebende Hohlwelle 24 aus gewöhnlichem StahL Das eine Ende der Hohlwelle is! am eingangsseitigen Tripod-Element 23 des Gelenks 7 angeschweißt, und an ihrem anderen Ende ist ein Stern 25 mit drei radial von einer die Hohlwelle 24 verlängernden, hülsenförmigen Nabe 27 vorspringenden Armen bzw. Ansätzen 26 angeschweißt (Fig. 4).

Dieser Stern 24 ist im Einsatz 15 mit erheblichem Axial- bzw. Radialspie! aufgenommen. Das heißt seine beiden Endflächen beaufschlagen die Innenfläche der Innenflansche 17 und 18 des Einsatzes 15 (F i g. 1), wobei die Nabe 27 die drei zylindrischen Abschnitte geringeren Durchmessers des Einsatzes beaufschlagt und die Enden der Ansätze 26 praktisch den Boden der Ausbuchtungen des Einsatzes berühren (Fig.4). Die Breite der Ansätze 26 ist jedoch im Querschnitt sehr viel geringer bemessen als die der im Inneren des Einsatzes 15 begrenzten Ausbuchtungen; d. h. das Winkelspiel der Ansätze liegt zwischen 6° und 20°.

Eine Abstiitzscheibe 28 gleicher Gestalt wie die Scheibe 21 ist auf der Außenseite der Innenflansche 18 des Einsatzes befestigt.

Die Scheibe 21, der Flansch 17, der Stern 25, der Flansch 18 und die Scheibe 28 werden in dieser Reihenfolge ohne großen Klemmdruck über zwei in Nuten in den zylindrischen Abschnitten 13 des Hülsenelementes 11 sitzende Sprengringe 29 in gegenseitiger Anlage gehalten (F i g. 3).

Die winklige Verkeilung der Hohlwelle 24 gegenüber der Vollwelle 19 hat zur Folge, daß ohne Einwirkung eines Drehmoments von außen die Ansätze 26 des Sterns die Anlageflächen 16a des Einsatzes mit einer inneren Vorspannkraft Qi beaufschlagen, die etwas unter der unteren Grenze C\ des Drehmomentes c_r liegt, das der Vollwelle 19 über die Welle 3, das Tripod-Element 8, das Hülsenelement 11 und die Scheibe 21 mitgeteilt wird, wenn das Fahrzeug bei langsam laufendem Motor und eingerücktem Anfahrgang durch Bremsbetätigung stillsteht.

Zur Zentrierung der Vollwelle 19 in der Hohlwelle 24 dienen mehrere elastische Führungsringe 30; einer dieser Ringe ist nahe dem freien Ende des Sterns 25 angeordnet und füllt den ringförmigen Raum zwischen dessen Nabe 27 und der Vollwelle 19 dichtend aus.

Schließlich sind drei Bälge 31, 32 und 33 vorgesehen. Der Balg 31 ist an der Welle 3 und an dem Hülsenelement U befestigt, der Balg 32 an dem Hülsenelement 11 und der Hohlwelle 24, der Balg 33 an der Hohlwelle 24 und am abtriebseitigen Hülsenelement 34 des homokinetischen Gelenks 7. Die Balge begrenzen gemeinsam mit der Welle 3, der Hohlwelle 24 und dem Gelenkelement 34 zwei dichte Kammern 35 und 36, weiche jeweils ein Ölbad enthalten; diese Kammern stellen den vom Balg 31 und dem Hülsenelement 34 begrenzten Raum dar, mit Ausnahme des Ringraums zwischen dem Stern 25 und der Hoh'welle 24 einerseits und der Vollwelle 19 andererseits.

Bei den vorstehend angegebenen Bedingungen bei abgebremstem Fahrzeug überträgt sich das auf das Tripod-Element 8 ausgeübte Moment c_r über das Hülsenelement 11 und die Scheibe 21 auf die Vollwelle

19. Da diese auf Torsion beanspruchbar ist, drehen sich das Hülsenelement 11 und die Scheibe 21 um einen bestimmten Winkel unter Mitnahme des Einsatzes 15. Da CV > Ci > Co löst sich dieser Einsatz etwas vom Stern 25. Ändert sich das Drehmoment c zyklisch zwischen den Werten C\ und C2 unter der Wirkung der Arbeit des Motors, dann schwingen die Arme des Sterns bedingt durch die Torsionselastizität der Vollwelle 19 in den Ausbuchtungen des Einsatzes 15 um eine Mittelstellung (Fig.5) ohne dabei die Anlageflächen 16a und 16b zu berühren. Zu diesem Zweck muß den Armen bzw. Ansätzen des Sterns 25 angesichts der Amplitude der Schwingungen und auch der möglichen Änderungen des Drehkraftmoments des Motors bei Verlangsamung ein entsprechend großes Winkelspie! zur Verfügung stehen. Hierfür eignet sich eine freie Schwingung im Bereich von ±3° bis ±10".

Das Ölbad bzw. das Schmiermittel füllt insbesondere die Ausbuchtungen des Einsatzes 15 und umspült die Arme des Sterns 25, was zur Dämpfung der Schwingungen während der dem Drehmoment c_r entsprechenden kritischen Phase beiträgt.

Bringt der Fahrer das volle Drehmoment des Motors durch Anfahren des Fahrzeugs nach Freigabe der Bremsen auf, dann bewirkt die Torsion der Vollwelle 19 rasch eine Anlage des Einsatzes 15 mit seinen den Flächen 16a entgegengesetzten planen Flächen 166 an den Armen des Sterns 25 (Fig. 6). Steigt das Drehmoment cdes Motors über den diese neue Anlage bewirkenden Wert de: Drehmoments α hinaus, dann wird das Drehmoment c-02 auf das Tripod-Element 23 des Gelenks 7 über den Stern 25 und die Hohlweile übertragen, deren Elastizität gegenüber Torsionsbean-

-, spruchung sehr viel geringer ist. Auf diese Weise wird praktisch das gesamte Anfahrdrehmoment übertragen. Unabhängig vom Wert des Drehmoments c ist daher gewährleistet, daß jegliches den Wert ei übersteigende Drehmoment nicht auf die Vollwelle 19 übertragen wird, so daß die sie angreifenden Belastungskräfte nach oben begrenzt sind.

Zusammenfassend läßt sich anhand von Fig. 7 die Arbeit der Übertragungsvorrichtung 1 wie folgt beschreiben:

— bei einem Antriebsmoment zwischen den Werten C\ und Oi (langsam laufender Motor bei gebremstem Fahrzeug) überträgt die Vollwelle 19 das gesamte Drehmoment unter starker Dämpfung der Vibrationen;

— bei einem den Wert 02 übersteigenden Antriebsmoment, bei Normalbetrieb des Fahrzeugs, wirkt die sehr viel weniger elastische Hohlwelle 24 als Übertragungsorgan; die Kraftübertragung ist dann viel starrer, aber auch sehr viel widerstandsfähiger. Nichtsdestoweniger gewährleistet sie eine gewisse Dämpfung, insbesondere bei durch die Fahrbahn bedingten Schwingungen höherer Frequenz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Antriebswelle für ein Kj-aftfahrzeug mit Vorderradantrieb und automatischem Getriebe, welche aus einer Vollwelle hoher Torsionselastizität besteht, die an ihren Enden drehfest mit der Ausgangswelle des Antriebsaggregates und mit einem Vorderrad verbunden und von einer Hohlwelle geringer Torsionselastizität koaxial umgeben ist, welche an einem Ende drehfest mit dem Rad "> verbunden ist und am anderen Ende mit der Ausgangswelle des Antriebsaggregates über eine Verbindung mit Winkelspiel zwischen einem vorbestimmten unteren und vorbestimmten oberen Drehmomentwert bewegbar ist, wobei die Voll welle zur Regelung dieser vorbestimmten Drehmomentwerte auf Torsionsbeanspruchung vorgespannt ist utxi die Verbindung zwischen der Ausgangswelle und der Hohlwelle auf der Hohlwelle ausgebildete und an deren Umfang gleichmäßig verteilte radiale Ansätze einschließt, welche in Ausnehmungen mit größerer Winkelamplitude in einem drehfest mit der Ausgangswelle verbundenen Hülsenelement aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß «