DE102004052796A1

DE102004052796A1 - Antriebswelle mit einer Wärmeabschirmhülse

Info

Publication number: DE102004052796A1
Application number: DE102004052796A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Hirsch; Jürgen LINZMEIER
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US20060094517A1; US7740541B2

Abstract

Eine Antriebswelle (5) ist mit einer diese zumindest abschnittsweise umgebenden Hülse (10) versehen. Die Hülse ist an der Antriebswelle (5) befestigt, um mit der Antriebswelle (5) mitzudrehen. Zudem ist die Hülse (10) wärmereflektierend und/oder wärmeisolierend ausgebildet. Hierdurch kann der Wärmeeintrag in die Antriebswelle (5) wirksam verringert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeabschirmblechen entfällt die Befestigungsproblematik. Zudem lässt sich eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmhülse auch noch in Situationen anbringen, in denen der Platz für ein Wärmeabschirmblech zu eng ist. Des Weiteren ergibt sich eine Gewichts- und Materialeinsparung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebswelle mit einer diese zumindest abschnittsweise umgebenden Hülse, die an der Antriebswelle befestigt ist, um mit der Antriebswelle mitzudrehen.
Bei Kraftfahrzeugen muss bisweilen eine Antriebswelle unter dem Fahrzeug nach hinten geführt werden, um die Hinterräder anzutreiben. Dies betrifft zum Beispiel hinterradgetrieb Fahrzeuge oder auch Fahrzeuge mit Allradantrieb.
In der Regel ist unter dem Fahrzeug weiterhin eine Abgasanlage angeordnet, um die Verbrennungsgase nach hinten abzuführen.
Die an der Abgasanlage erreichten Betriebstemperaturen erzeugen eine Wärmestrahlung, die die Komponenten der Antriebswelle sowie deren Lager und gegebenenfalls vorgesehene Applikationen wie Sensoren und dergleichen beeinträchtigen kann. Durch Wärmeleitung können insbesondere auch außerhalb des direkten Strahlungsbereichs liegende Bauteile in Mitleidenschaft gezogen werden. In der Regel werden daher Wärmeabschirmbleche vorgesehen, um die empfindlichen Komponenten vor der Wärmestrahlung zu schützen. Über ein Wärmeabschirmblech kann der Wärmeeintrag in die Antriebswelle verringert werden. Dies hat zur Folge, dass auch die zugehörigen Lager und weiteren Komponenten weniger stark thermisch belastet werden, da sich die Temperaturen an der Antriebswelle verringern. Mit dem verminderten Wärmeeintrag sinkt auch das Problem der Wärmeableitung in umliegende Bauteile und in die Welle integrierte Elemente.
Wärmeabschirmbleche benötigen jedoch Bauraum. Zudem muss sichergestellt werden, dass ein ausreichender Freigang zur Abgasanlage und zur Antriebswelle verbleibt, um bei Erschütterungen des Fahrzeugs ein Anstoßen zu vermeiden. Des Weiteren müssen am Fahrzeug Befestigungspunkte für die Abschirmbleche vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein zu starkes Aufheizen einer Antriebswelle zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebswelle mit einer diese zumindest abschnittsweise umgebenden Hülse gelöst, bei der die Hülse an der Antriebswelle befestigt ist, um mit der Antriebswelle mitzudrehen, wobei die Hülse wärmereflektierend und/oder wärmeisolierend ausgebildet ist.

Hierdurch kann der Wärmeeintrag in die Antriebswelle wirksam werden werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeabschirmblechen entfällt die Befestigungsproblematik am Fahrzeug. Zudem lässt sich eine erfindungsgemäße Wärmeabschirmhülse auch noch in Situationen anbringen, in denen der Platz für ein Wärmeabschirmblech zur eng ist. Des Weiteren ergibt sich in der Regel eine Gewichts- und Materialeinsparung.

Aus der EP 0 032 370 A2 ist zwar bekannt, eine Hülse an einer Antriebswelle anzubringen. Die Hülse dient dort jedoch als Dämpfermasse zur Schwingungsdämpfung und ist dementsprechend eng mit der Antriebswelle verbunden. Thermisch betrachtet bilden beide einen einheitlichen Körper, der sich in neben einer wärmeabgebenden Einrichtung insgesamt erwärmt. Eine Wärmeabschirmung der Antriebswelle und der zugehörigen Komponenten ist mit der aus der EP 0 032 370 A2 vorgeschlagenen Lösung nicht möglich.

Des Weiteren sind aus der DE 30 13 791 A1 und der EP 0 918 952 B1 Schutzhülsen für Antriebswellen bekannt, die jeweils von der Antriebswelle beabstandet angeordnet sind. Jedoch ist in beiden Fällen die Schutzhülse stationär und soll verhindern, dass Personen sich an der drehenden Antriebswelle verletzen oder mit ihren Kleidern oder Haaren eingefangen werden können. Die stationäre Anordnung erfordert jedoch einen besonderen Befestigungsaufwand mit entsprechend erhöhten räumlichen Abmessungen. Für enge Bauräume ist eine solche Lösung wenig geeignet.

Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich durch weitere Maßnahmen besonders vorteilhaft ausgestalten.

So kann beispielsweise zwischen der Hülse und der Antriebswelle ein besonders effektiver Isolationsbereich vorgesehen werden, indem zwischen der Hülse und der Antriebswelle mindestens einen Hohlraum gebildet wird. Dieser Hohlraum kann sich beispielsweise ringförmig um die Antriebswelle erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von vorzugsweise wabenartig angeordneten Hohlräumen vorzusehen. In sämtlichen Fällen dient die eingeschlossene Luft als Isolator.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse einen Blechkörper auf, der sich einfach und kostengünstig herstellen lässt. Dabei kommen vor allem wärmereflektierende Materialien in Frage.

Es hat sich für die Wärmeisolation als besonders vorteilhaft erwiesen, den Blechkörper aus einer Aluminiumlegierung oder Aluminium zu fertigen.

Um eine ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten und Dröhngeräusche zu vermeiden kann, insbesondere wenn der Blechkörper über eine größere Axiallänge von der Antriebeswelle beabstandet ist, dieser mit einem Prägemuster versehen sein. Beispielsweise ist es denkbar, die Hülse aus einem Waffelblech zu fertigen. Jedoch kann ein solches Blech auch dann verwendet werden, wenn der Blechkörper auf der Antriebswelle aufliegt. Die Prägung führt dann zu isolierenden Luftpolstern.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hülse mit ihren Endabschnitten an der Antriebswelle befestigt. Dabei kann sich die Kontaktierung und Befestigung auf die Endabschnitte beschränken. Es ist jedoch auch möglich, die Hülse mehrfach an der Antriebswelle abzustützen.

Anstelle der Verwendung von Luft als Isolator kann hierfür an der Hülse auch eine wärmeisolierende Masse appliziert sein. Insbesondere ist es möglich, eine wärmereflektierende Außenhülle aus Blech mittels der wärmeisolierenden Masse an der Antriebswelle zu befestigen.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Hülse an der Antriebswelle allein durch eine applizierte Isolationsmasse gebildet. Diese lässt sich in einem zunächst formlosen Zustand einfach auftragen und anschließend fixieren, beispielsweise aushärten.

Die vorstehend erläuterte Antriebswelle mit einer Wärmeabschirmhülse sowie die genannten Anwandlungen sind überall dort einsetzbar, wo eine Antriebswelle an einer Wärmestrahlung abgebenden Einrichtung eng vorbeigeführt werden muss.

An einem Kraftfahrzeug betrifft dies beispielsweise eine Antriebswelle, die nahe am Motor oder der Abgasanlage verläuft. Vorzugsweise wird in diesem Fall die Antriebswelle zumindest im Bereich der Wärmestrahlung abgebenden Einrichtung mit der Schutzhülse umgeben.

Die Antriebswelle kann beispielsweise eine Gelenk- oder Kardanwelle sein, die neben der Abgasanlage verläuft. Aufgrund der Wärmeabschirmhülse lässt sich die Antriebswelle eng neben der Abgasanlage anordnen. Wie bereits oben erläutert, ermöglicht dies eine sehr kompakte Anordnung der genannten Komponenten, die mit einem herkömmlichen Wärmeabschirmblech nicht möglich wäre.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Antriebswelle über einem Konverter der Abgasanlage.

In der genannten Einbausituation wird man die Wärmeabschirmhülse vorzugsweise zwischen einem Getriebeausgang und einem die Antriebswelle am Fahrzeugaufbau abstützenden Lager anordnen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebswelle nach der Erfindung, die eine Wärmeabschirmhülse aufweist,
2 eine Seitenansicht der Antriebswelle neben einem Konverter einer Abgasanlage,
3 eine Schnittansicht durch die Antriebswelle und die Wärmeabschirmhülse,
4 eine Teilschnittansicht längs der Antriebswelle für eine weitere Ausführungsform der Wärmeabschirmhülse mit einer waffelartigen Prägung,
5 eine Teilschnittansicht längs der Antriebswelle für eine weitere Ausführungsform der Wärmeabschirmhülse in Form eines Wellrohres,
6 eine Teilschnittansicht längs der Antriebswelle für eine weitere Ausführungsform der Wärmeabschirmhülse in Form einer Sandwichkonstruktion, und
7 Schnittansicht durch die Antriebswelle und eine weitere Ausführungsform der Wärmeabschirmhülse.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit Allradantrieb, das einen quer eingebauten Motor 2 aufweist. Dessen Antriebsleistung wird über einem Getriebe 3 sowie ein Differenzial 4 auf eine Antriebswelle 5 übertragen, die als Gelenkwelle bzw. Kardanwelle ausgebildet ist und unter dem Fahrzeugboden 20 zu einem Hinterachsdifferenzial 6 führt. Die Antriebswelle 5 ist über ein Zwischenlager 7 gegen den Fahrzeugaufbau abgestützt.
Weiterhin ist in 1 eine Abgasanlage 8 dargestellt, die zumindest abschnittsweise parallel zur Antriebswelle 5 verläuft. Die Abgasanlage 8 umfasst einen Konverter 9, der im Betrieb hohe Temperaturen erreicht und Wärme in Richtung der Antriebswelle 5 abstrahlt.
Wie insbesondere 2 zeigt, verläuft die Antriebswelle 5 aufgrund eingeschränkter räumlicher Gegebenheiten nahe des Konverters 9 bzw. anderer Teile der Abgasanlage, hier oberhalb des Konverters 9, wobei das Zwischenlager 7 in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Konverter 9 liegt.
Versuche haben gezeigt, dass in dieser Einbausituation ohne jede Wärmeabschirmung an der an Antriebswelle 5 Temperaturen in der Größenordnung von etwa 240 Grad Celsius erreicht werden. Dies führt zu einer erheblichen thermischen Belastung im Bereich des Zwischenlagers 7, dessen Rollbalg hierbei besonders beansprucht wird.
Durch den Einsatz einer wärmereflektierenden und/oder wärmeisolierenden Hülse 10 lässt sich die Temperatur der Antriebswelle 5 deutlich absenken. Infolgedessen werden auch die mit der Antriebswelle gekoppelten Komponenten thermisch weniger stark belastet.
Vorzugsweise erstreckt sich die Wärmeabschirmhülse 10 zumindest über den gesamten, der Wärmestrahlung ausgesetzten Bereich. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Wärmeabschirmhülse 10 dementsprechend im Wesentlichen zwischen dem Ausgang des Differenzials 4 und dem Zwischenlager 7.
Die Wärmeabschirmhülse 10 ist dabei an der Antriebswelle 5 befestigt, so dass im Unterschied zu einem herkömmlichen Wärmeabschirmblech keine Befestigungseinrichtungen am Fahrzeugaufbau oder der Abgasanlage vorgesehen werden müssen.
Die Wärmeabschirmung lässt sich auf unterschiedliche Art und Weise realisieren. Prinzipiell kann dabei zwischen einer Abschirmung durch Wärmereflexion und Wärmeisolation unterschieden werden. Beide Prinzipien lassen sich jedoch auch miteinander kombinieren.
Im Folgenden werden daher einige nicht-beschränkende Ausführungsformen für die Wärmeabschirmhülse erläutert.
3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Wärmeabschirmhülse 10. Diese umfasst einen Blechkörper, der, wie in 2 gezeigt, lediglich an Endabschnitten 11 und 12 an der Antriebswelle 5 befestigt, ansonsten jedoch von dieser beabstandet ist. Der somit zwischen der Wärmeabschirmhülse 10 und der Antriebswelle 5 gebildete, ringförmige Hohlraum 13 bildet einen Isolationsbereich. Zudem ist die Außenseite der Wärmeabschirmhülse 10 wärmereflektierend ausgebildet. Die Wärmeabschirmhülse besteht hierzu vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung oder Aluminium.
Zur Verbesserung der Steifigkeit der Hülse 10 und zur Vermeidung des Entstehens von Dröhngeräuschen kann diese, wie in 4 gezeigt, mit einem Prägemuster 14 versehen sein. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Abschnitt der Hülse 10 als Waffelblech ausgeführt.
Die Hülse 10 kann auch mehrfach an der Antriebswelle 5 abgestützt werden. 5 zeigt dies beispielhaft anhand eines Wellrohres 15, das mit seinen einwärts gekrümmten Abschnitten die Antriebswelle 5 kontaktiert. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von hintereinandergeschalteten Ringräumen gebildet, die isolierend wirken. Auch hier kann die Außenseite der Hülse 10 wiederum wärmereflektierend ausgestaltet sein.
Eine ähnliche Konfiguration lässt sich auch durch Verwendung einer Hülse entsprechend 4 erzielen, die mit ihrem Prägemusterabschnitt 14 unmittelbar gegen die Antriebswelle 5 anliegt. Hierdurch ergeben sich eine Vielzahl von wabenartig angeordneten Hohlräumen, die als isolierende Luftpolster wirken.
Anstelle von Luft kann auch ein anderes Medium, beispielsweise eine wärmeisolierende Masse in den oben genannten Hohlräumen vorgesehen werden. Diese kann zudem zur Befestigung eines wärmeabschirmenden Blechkörpers an der Antriebswelle 5 dienen. 6 zeigt eine entsprechende Ausgestaltungsform, bei der eine wärmereflektierende Außenhülse 16 mittels einer formlosen Isoliermasse 17 an der Antriebswelle 5 befestigt ist. Die Isoliermasse 17 kann hierbei auch auf ausgewählte Befestigungsabschnitte beschränkt werden.
Alternativ kann, wie anhand von 7 dargestellt, die Wärmeabschirmhülse 10 auch allein durch eine an der Antriebswelle 5 applizierte Isoliermasse 18 gebildet werden. Hierfür kommen insbesondere zunächst formbare flüssige oder pastöse Medien in Frage, die sich einfach aufbringen und anschließend fixieren, beispielsweise aushärten lassen. Denkbar sind auch Konstruktionen, bei denen zunächst eine Isoliermasse auf die Antriebswelle 5 aufgebracht und anschließend die Isoliermasse mit einer wärmereflektierenden Schicht beschichtet wird.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese oder die dargestellte Einbausituation beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungsformen.
Insbesondere kann eine Wärmeabschirmhülse an einer Antriebswelle nämlich auch dann eingesetzt werden, wenn diese bereits durch ein stationäres Wärmeabschirmblech geschützt wird. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeabschirmung weiter verstärken.
Statt eines Blechkörpers kann als tragende Komponente zudem ein wärmebeständiger Kunststoff, ein Verbundwerkstoff oder ein Kohlefasermaterial vorgesehen werden. Gegebenenfalls wird die tragende Komponente an ihrer Außenseite mit einer wärmereflektierenden Schicht versehen.

1: Kraftfahrzeug
2: Motor
3: Getriebe
4: Differenzial
5: Antriebswelle
6: Hinterachsdifferenzial
7: Zwischenlager
8: Abgasanlage
9: Konverter
10: Hülse bzw. Wärmeabschirmhülse
11: Endabschnitt
12: Endabschnitt
13: Hohlraum
14: Prägemuster
15: Wellrohr
16: Außenhülse
17: Isoliermasse
18: Isoliermasse
20: Fahrzeugboden

Claims

Antriebswelle mit einer diese zumindest abschnittsweise umgebenden Hülse (10), die an der Antriebswelle (5) befestigt ist, um mit der Antriebswelle (5) mitzudrehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10) wärmereflektierend und/oder wärmeisolierend ausgebildet ist.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmeabschirmhülse (10) und der Antriebswelle (5) ein Isolationsbereich durch mindestens einen Hohlraum (13) zwischen der Wärmeabschirmhülse (10) und der Antriebswelle (5) gebildet wird.
Antriebswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger Hohlraum (13) vorgesehen ist.
Antriebswelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl wabenartig angeordneten Hohlräume vorgesehen sind.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) einen Blechkörper aufweist.
Antriebswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkörper aus einer Aluminiumlegierung oder Aluminium gefertigt ist.
Antriebswelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkörper mit einem Prägemuster (14) versehen ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) eine tragende Komponente aus einem wärmebeständigen Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder Kohlefasermaterial aufweist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) mit ihren Endabschnitten (11, 12) an der Antriebswelle (5) befestigt ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) mehrfach an der Antriebswelle (5) abgestützt ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wärmeabschirmhülse (10) eine Isolationsmasse (17) appliziert ist.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) als an der Antriebswelle (5) applizierte Isolationsmasse (18) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Antriebswelle (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, die an einer Wärmestrahlung abgebenden Einrichtung vorbeigeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) im Bereich der Wärmestrahlung abgebenden Einrichtung mit der Wärmeabschirmhülse (10) umgeben ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) eng an einer Wärmestrahlung abgebenden Einrichtung in Form einer Abgasanlage (8) vorbeigeführt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) neben einem Konverter (9) der Abgasanlage (8) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmhülse (10) zwischen einem Getriebeausgang und einem die Antriebswelle (5) am Fahrzeugaufbau abstützenden Lager (7) angeordnet ist.