DE3239075A1 - Gelenkwelle, insbesondere zum antrieb der raeder eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Gelenkwelle, insbesondere zum antrieb der raeder eines kraftfahrzeuges

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Description

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Gelenkwelle, insbesondere 2;um Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges.
Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem ersten Gelenk, einem zweiten Gelenk und einer beide Gelenke verbindenden Zwischenwelle, wobei diese aus glas- und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.
Üblicherweise werden Kraftfahrzeuge unter dem Gesichtspunkt der Optimierung der Fahreigenschaften, etwa Geschwindigkeit, und Minimierung des Kraftstoff-Verbrauches konzipiert. Ein Weg zur Verbrauchs-Minimierung besteht bekannterweise darin, das Fahrzeuggewicht möglichst niedrig zu halten. Zum Erreichen dieses Zieles wurde bereits vorgeschlagen (DE-Gbm 19 79 966), ein Kardangelenk einstückig und zudem aus Kunststoff herzustellen. Als Kunststoff soll dem Vorschlag zufolge ein schachtförmig orientiertes Thermoplast, beispielsweise Polypropylen, Anwendung finden. Dieser bekannte Vorschlag sieht desweiteren vor,
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das Kunststoffrohr im Gelenkbereich zu Rippen auszugestalten oder aufzublähen. Diese Rippen sind dabei im Durchmesser größer als die sich seitlich davon anschließenden Naben des eigentlichen Kunststoffrohres.
Dieser Vorschlag kommt zwar der Einsparung an Fahrzeuggewicht und damit auch an Verringerung des Kraftstoff-Verbrauches entgegen, indes dürfte einem aus Thermoplast od. dgl. bestehenden Kardangelenk relativ enge Lebensdauergrenzen gesetzt sein, wenn man dazu dessen permanent hohe dynamische Belastung in entsprechende Beziehung bringt.
In der Europäischen Patentanmeldung 22 467 wurde weiterhin schon ein Verfahren zum Herstellen einer zur Kupplung von zwei unterschiedlichen Übertragungselementen dienenden Antriebswelle aus Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, dessen Fasern in einem Fadenwinkel von etwa 45° zur Mittelachse des Bauteils gewickelt sind. Darüber hinaus enthält der Vorschlag auch die baulich-konstruktive Ausgestaltung einer Antriebswelle nach diesem Verfahren. Hiernach sind die beiden Wellen einzelne Bauteile, welche wahlweise aus Metall, Kunststoff oder aber aus Verbundwerkstoff bestehen können, und welche mit einem Kernele-ment, etwa mittels Kleben, miteinander verbunden sind. Das Kernelement wird gemeinsam mit den Wellen mit einem GFK-Laminat umwickelt. Das hierbei entstandene Kupplungselement - nach Art einer im Durchmesser gegenüber den Wellen größeren Falte - ist somit unlösbar verbunden. Kupplungselement und Wellen lassen sich jedoch auch miteinander verpressen und sodann aushärten.
Während sich diesem Vorschlag Lehren über die Werkstoffwahl der Wellen entnehmen lassen, erfordert jedoch ein wie immer auch
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geartetes Fügen der Einzelteile/ also Wellen und das diese verbindende Kupplungselement/ einen relativ hohen Herstellungsaufwand. Ein solcher vermindert dabei aber die sich aus einer derartigen Lösung ergebenden Vorteile der Gewichtsverringerung eines mit einer derart ausgebildeten Antriebswelle bestückten Kraftfahrzeuges insbesondere dann, wenn die Wellen aus spezifisch schwerem Material/ etwa Metall, bestehen.
In der GB-PS 15 99292 schließlich wurde schon eine aus Composit-Material, also aus glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff/ bestehende Antriebswelle mit einem Kreuzgelenk vorgeschlagen. Zum Lagern eines Zapfenkreuzes ist es diesem Lösungsvorschlag zufolge erforderlich, in dem gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt verstärkten Teil besondere Lagerbuchsen anzuordnen. Eine solche Lösung erfordert einen relativ hohen Bauaufwand, weil die Buchsen nicht in nachträglich in der Antriebswelle angebrachte Bohrungen eingepreßt oder eingeklebt werden können/ weil diese den Faser- bzw. Fadenverlauf des Laminates und damit auch die Festigkeit der Welle negativ beeinflussen. Es ist vielmehr erforderlich, die Buchsen beim Wickeln der einzelnen Faserlagen gleich mit "einzubinden".
Angesichts dieser den bekannten Lösungsvorschlägen anhaftenden Mangel und Nachteile hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine insbesondere in ihrem Aufbau einfache, insbesondere eine Vielzahl von Verbindungsstellen vermeidende und relativ leichtgewichtige Gelenkwelle zu schaffen, welche vermöge überlegter Werkstoffwahl und - kombination von Gelenk-Außenteil und Gelenk-Innenteil eine Gelenkwelle hoher Lebensdauer ergibt und zugleich durch eine besondere Ausgestaltungsweise der Zwischenwelle geeignet ist, Beugewinkel-Bedürfnisse definierter Größe zu erfüllen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch, daß die Zwischenwelle mit zumindest einem der Bauteile eines der anschließenden Gelenke einstückig ausgebildet ist.
In zweckgerechter Ausgestaltung des die vorgeschlagene Erfindung tragenden Gedankens sind mehrere Varianten realisierbar. So läßt sich mindestens eines der Gelenke als eine in die Zwischenwelle integrierte, gegenüber deren Durchmesser größere einzelne Falte ausbilden. Eine andere adäquate Ausbildungs-Variante sieht vor, daß mindestens eines der Gelenke ein Gleichlaufgelenk ist, dessen Innenteil, gegebenenfalles unter merklicher Verminderung seines Durchmessers,nahtlos in die Zwischenwelle übergeht. Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsweise ist das Gleichlaufgelenk ein an sich bekanntes Tripode-Gelenk, wobei die Zapfen des Tripode-Sternes in dem im Durchmesser größeren Teil der Zwischenwelle aufgenommen sind. Schließlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, das Gleichlaufgelenk als - an sich bekanntes - Kugel-Gleichlaufgelenk auszubilden, wobei dessen Innenteil im Bereich des dazu korrespondierenden Außenteils mit mehreren umfangsverteilten Bohrungen, Durchbrüchen od. ,dgl. zum Durchtritt der in den Laufbahnen des Gelenk-Außenteiles geführten Kugeln versehen ist, welche sich ihrerseits gegeneinander oder an einem im Inneren des Gelenk-Innenteiles angeordneten Ring abstützen.
Nach einem anderen Merkmal der insoweit vorgeschlagenen Erfindung ist vorgesehen, daß das Gelenk-Innenteil im Bereich der finger- oder tulpenförmigen Teile des Tripodegelenk-Außenteils mit mehreren umfangsverteilten Bohrungen, Durchbrüchen od. dgl. zum Durchtritt der der Aufnahme von Kugelabschnitt bzw. kügelkalottenförmigen Rollkörpern dienenden Lagerzapfen versehen ist.
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Weitere sinnvolle Ausgestaltung erfährt die Erfindung ferner
auch dadurch, daß die Bohrungen, Durchbrüche od. dgl. mit metallischen, dem Führen der Kugeln bzw. Lagerzapfen dienenden
Büchsen versehen sind.
Abgerundet und vervollkommnet wird die vorgeschlagene Erfindung schließlich noch dadurch, daß die dem Abstützen der Kugeln dienende Peripherfläche des Ringes in Richtung seiner Längsachse schwach konkav ausgebildet ist, und dadurch, daß die Falte in ein Anschlußteil in Gestalt eines Flansches oder in eine mit
einer parallelen Verzahnung versehenen Bohrung od. dgl. übergeht.
Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß mit der vorgeschlagenen Erfindung' eine Reihe von Vorteilen einhergeht. So ist die Gelenkwelle in ihrem Aufbau recht einfach und in ihrer Wirkungsweise konventionellen Gelenkwellen- und Gleichlaufgelenk-Ausbildungen zumindest ebenbürdig. Die Erfindung kombiniert zudem geschickt verschiedene, in der Praxis jeweils für sich allein bereits höchst bewährte Werkstoffe, ,so etwa Stahl oder Stahlguß für das Gelenk-Außenteil und glas- bzw. kohlefaserverstärkter Kunststoff für das Gelenk-Innenteil. An dieses schließt sich zugleich nahtlos und stoffgleich eine Zwischenwelle, eine der Aufnahme relativ kleiner Beugungswinkel dienende Falte sowie
ein als Anschlußteil dienender Flansch an. Dabei dient das aus GFK oder CFK bestehende Gelenk-Innenteil zum einen dem Führen der Kugeln und zum anderen der Drehmomentübertragung. Mit Rücksicht darauf, daß das mit der Zwischenwelle, Falte und Anschlußflansch kombinierte Gelenk-Innenteil aus dem spezifisch leichten GFK- und/oder CFK-Werkstoff besteht, ergeben sich
praktisch nicht unbeträchtliche Gewichts-Verminderungen bei
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zugleich hoher Lebensdauer, die sich schlußenolich auf das Gesamtgewicht eines Kraftfahrzeuges überaus positiv auswirken. Selbstverständlich ist es auch möglich, unter Peacht-ung konstruktions- und werkstoff spezifischer Gegebenheiten car. Celenk-Außenteil aus GFK und/oder CFK herzustellen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 1 eine mit Gleichlaufgelenk versehene Gelenkwelle,
zum Teil im Vertikalschnitt,
Fig. 2 ein Stück einer mit einer Falte sowie mit einer
inneren Längsverzahnung versehenen Gelenkwelle, sowie
Fig. 3 eine mit einem Gleichlaufgelenk und mit einem Tripodegelenk versehene Gelenkwelle
Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Antriebswelle besteht nach Fig. 1 im wesentlichen aus einem glockenförmigen Außenteil 2 und aus dem in dieses konzentrisch hineinragende Innenteil 3. An das Innenteil 3 schließt sich sodann unter merklicher Verringerung des Durchmessers eine Zwischenwelle 3a, eine gegenüber dieser wiederum im Durchmesser merklich größere einzelne Falte 3b sowie schließlich ein als Flansch od. dgl. ausgebildetes Anschlußteil 3c an. Innenteil 3, Zwischenwelle 3a, Falte 3b und Anschlußteil 3c gehen dabei nahtlos ineinander über. Sie bilden demgemäß ein einziges Bauteil. Während das Gelenk-Außenteil 2 aus Stahl oder Stahlguß besteht, besteht das Gelenk-Innenteil 3 mit den sich daran anschließenden Teilen 3a, 3b und 3c in bevorzugter Ausgestaltungsweise aus glas- oder
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kohlefaserverstärktem Kunststoff. Unter Berücksichtigung konstruktions- und werkstoffspezifischer Gegebenheiten läßt sich auch das Gelenk-Außenteil 2 aus glas- oder kohlefar^rversi ^r'-:- tem Kunststoff herstellen.
Das konzentrisch in das Gelenk-Außenteil 2 hineinragende Innenteil 3 weist mehrere umfangsverteilt angeordnete Bohrungen, Durchbrüche od. dgl. 3d auf. Die Bohrungen dienen dem Durchtritt der in den Laufbahnen 2a geführten Kugeln 4. Diese das Drehmoment übertragenden Kugeln 4 stützen sich ihrerseits an dem im Inneren des Gelenk-Innenteils 3 angeordneten Ring 5 ab. Der Ring ist dabei an seiner Peripherie mit einer schwach konkav ausgebildeten und sich in der Gelenk-Längsachse erstreckenden Fläche 5a versehen, auf welcher die Kugeln 4 abrollen. Unter Beibehaltung des Gedankens der Einstückigkeit dient die im Durchmesser gegenüber der Zwischenwelle 3a merklich größere biegeelastische Falte 3b einem Beugewinkelbedarf definierter Größe.
In Fig. 2 ist das Innere des Anschlußteiles 3c mit einer zur Längsachse der Zwischenwelle 3a parallelen Verzahnung 3d versehen, welche im Zusammenwirken mit einer korrespondierend ausgebildeten Vielkeilwelle od. dgl. (nicht dargestellt) das Übertragen des Drehmomentes unter Kompensierung möglicher Längenänderungen bewirkt.
Unter Verwendung von glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff läßt sich die Zwischenwelle 3a mit ihren Funktionsteilen 3, 3b, 3c und ggf. 3d ohne zusätzliche Verbindungsmittel in bzw. aus einem Stück herstellen, so etwa in an sich bekannter Wickeltechnik.
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-A-
In Fig. 3 besteht die Gelenkwelle 1 im wesentlichen aus einer aus GFK oder CFK hergestellten Zwischenwelle 3a, an welche sich - rechtsseitig - ein Gleichlaufgelenk entsprechend F5g. 1 und linksseitig - ein Gelenk des Tripode-Typs anschließt. Das Gelenk-Innenteil 6 ist hier mit mehreren umfangsverteilten Bohrungen, Durchbrüchen od. dgl. 9 versehen. Diese dienen unter Zwischenschaltung von Büchsen 7 der Aufnahme bzw. Lagerung der Zapfen 10. Auf den Zapfen 10 wiederum sind die kugelabschnitt- bzw. kugelkalottenförmigenRollkörper 8 angeordnet. Mit lla ist einer der das Gelenk-Außenteil 11 bildenden Finger bezeichnet.
Die Anwendung einer aus GFK oder CFK bestehenden Zwischenwelle 3a ist nicht allein auf die vorstehend erwähnten Gelenk-Typenbegrenzt. Es sind vielmehr auch Gelenke anderer Bauart denkbar, bei welchen die Zwischenwelle analog zu den obigen Anwendungsfällen ausgestaltet, mindestens aber ausgestaltbar ist.
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Bezuqszeichen-Verzeichnis
1 = Gelenkwelle
2 = Gelenk-Außenteil
2a = Kugel-Laufbahnen
3 = Gelenk-Innenteil
3a = ZwischenwPlle
3b = Falte
3c = Anschlußteil
3d = Bohrungen, Durchbrüche od. dgl.
3e = Längsverzahnung
3f .= Bohrung
4 = Kugeln
5 = Ring
5a = schwach-konkave Peripherflache
6 = Gelenk-Innenteil
7 = Führungsbüchse
8 = kugelabschnitt- bzw. kugelkalottenformige
Rollkörper
9 = Bohrungen, Durchbrüche od. dgl.
10 = Lagerzapfen
11 = Gelenk-Außenteil
Ha= Finger
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Claims (1)

  1. Uni-Cardan Aktiengesellschaft y #." - j : SLSv'Qkt^ber 1982 Alte Lohmarer Str. 59 ■ ·ϊ.. .:., „ί- ',»"Rnfat -ϊ.π
    Siegburg U00B2.000
    Patentansprüche
    Gelenkwelle, insbesondere zum Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem ersten Gelenk, einem zweiten Gelenk und einer beide Gelenke verbindenden Zwischenwelle, wobei diese aus glas- und/oder kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zwischenwelle (3a) mit zumindest einem der Bauteile eines der anschließenden Gelenke (2,3;ll,3b) einstückig ausgebildet ist.
    2. Gelenkwelle nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens eines der Gelenke als eine in die Zwischenwelle (3a) integrierte, gegenüber deren Durchmesser größere einzelne Falte (3b) ausgebildet ist.
    BAD ORIGINAL
    Z ό 3 U / 3
    ft t ft ■+ « A* n^ r, λ
    U0082.000 -Hn-sr '.:".:. Ί; I . >\ \: Seite
    3-
    6. Gelenkwelle nach Anspruch 4,
    dadruch gekennzeichnet,
    daß das Gelenk-Innenteil im Bereich der finger- oder tulpenförmigen Teile (Ha) des Tripodegelenk-Außenteiles (11) mit mehreren umfangsverteilten Bohrungen, Durchbrüchen od. dgl. (9) zum Durchtritt der der Aufnahme von kugelabschnitt- bzw. kugelkalottenförmigen Rollkörpern (8) dienenden Lagerzapfen (10) versehen ist.
    7. Gelenkwelle nach Anspruch 5 und 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bohrungen, Durchbrüche od. dgl. (3d,9) mit metallischen, dem Führen der Kugeln (4) bzw. der Lagerzapfen dienenden Büchsen (7) versehen sind.
    8. Gelenkwelle nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die dem Abstützen der Kugeln (4) dienende Peripherfläche (5a) des Ringes (5) in Richtung seiner Längsachse schwach konkav ausgebildet ist.
    U0082.000 -Hn-sr
    3. Gelenkwelle nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens eines der Gelenke ein Gleichlaufgelenk ist, dessen Innenteil (3), gegebenenfalles unter Verminderung seines Durchmessers nahtlos in die Zwischenwelle (3a) übergeht.
    4. Gelenkwelle nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleichlaufgelenk ein Tripode-Gelenk (11) ist, wobei die Zapfen des Tripodesternes in dem im Durchmesser größeren Teil der Zwischenwelle (3a) drehfest aufgenommen sind.
    5. Gelenkwelle nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet.
    daß das Gleichlaufgelenk ein Kugel-Gleichlaufgelenk ist, wobei dessen Innenteil (3) im Bereich des dazu korrespon-· dierenden Außenteils (2) mit mehreren umfangsverteilten Bohrungen, Durchbrüchen od. dgl. (3d) zum Durchtritt der in den Laufbahnen (2a) des Gelenk-Außenteiles (2) geführten Kugeln (4) versehen ist, welche sich ihrerseits gegeneinander oder an einem im Inneren des Gelenk-Innenteiles (3) angeordneten Ring (5) abstützen.
    U0082.000 -Hn-sr *.:\: ν ": -: : . I-I " .Seite
    9. Gelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Falte (3b) in ein Anschlußteil in Gestalt eines Flansches (3c) oder in eine mit einer parallelen Verzahnung (3e) versehenen Bohrung od. dgl. (3f) übergeht.
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