DE102008027011A1

DE102008027011A1 - Antriebswelle

Info

Publication number: DE102008027011A1
Application number: DE200810027011
Authority: DE
Inventors: Gerald Langer
Original assignee: IFA Technologies GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-10
Also published as: DE102009018695A1

Abstract

Antriebswelle, ausgebildet als Längs- oder Seitenwelle, bestehend aus einem Rohr 1, zwei Gleichlaufgelenken 2; 3 und einem Längenausgleich 4 für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, wobei das Gleichlaufgelenk 2 direkt und das Gleichlaufgelenk 3 über den Längenausgleich 4 fest mit dem Rohr 1 verbunden sind, wobei der Längenausgleich 4 über eine wärmebehandelte Profilhülse 5 zum Rohr 1 und zum Gleichlaufgelenk 3 über eine wärmebehandelte Schweißnabe 8 fest verbunden ist und die festen Verbindungen durch einen umlaufenden magnetisch bewegten Lichtbogen des Magnet-Arc-Schweißens herausgebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle, ausgebildet als Längs- oder Seitenwelle, für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, welche aus einem Rohr, einem Längenausgleich und zwei Gleichlaufgelenken besteht.
Bei der Herstellung von Antriebswellen, die in Gelenkwellen für Antriebe von Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist allgemein bekannt, dass die Anschlusselemente mit Sitzflächen versehen sind, die zentriert in der Bohrung des Rohrelementes aufgenommen sind. Die Verbindung von dem als Rohr ausgebildeten Rohrelement und dem Anschlusselement erfolgt mittels Schweißung. Dabei ist es allgemein bekannt, die Anschlusselemente mit einem im Durchmesser dem Rohrdurchmesser angepassten zylindrischen Ansatz zu versehen und das Rohrelement mit den Anschlusselementen durch Reibschweißen zu verbinden. Bekannt ist auch, dass das Verbinden durch Magnetbogen-Schweißen erfolgt.
So ist aus der DE 35 10 091 C2 eine Antriebswelle, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, die ein Rohr sowie zwei Anschlusselemente umfasst. Diese Anschlusselemente sind als Kreuzgelenke gestaltet, die in den Enden des Rohres eingesetzt und mit diesem durch Schweißungen verbunden sind.
Die Anschlusselemente besitzen einen Ansatz mit einem reduzierten Durchmesser, über den die Anschlusselemente in das Rohr eingesetzt werden, mit dem Ansatz am Rohr anliegen und somit eine definierte Position zum Rohr besitzen.
Eine Antriebswelle dieser Gattung wird auch in der DE 196 11 000 A1 vorgestellt, welche sich auf eine Kraftübertragungsanordnung mit einer zylindrisch ausgebildeten Antriebshohlwelle und einer Kreuzgelenkgabel bezieht. Die Verbindung zwischen den zu fügenden Teilen wird durch einen Presssitz zwischen den jeweils beiden Bauteilen erzielt, dies derart, dass der Innendurchmesser der Antriebshohlwelle vorzugsweise geringfügig kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Rohrsitzes der Kreuzgelenkgabel.
Dieser Presssitz soll sichern, dass eine Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle und der Kreuzgelenkgabel möglich wird.
In Erweiterung und Verbesserung dieser bekannten Lösung wird mit der DE 199 21 228 C2 eine Antriebswelle vorgestellt, die aus drei Bauteilen mit jeweils einer individuellen Längsachse gebildet ist, nämlich einem ersten Anschlusselement, einem zweiten Anschlusselement und einem zwischen beiden Anschlusselementen angeordneten geraden Rohrelement mit einer Rohrbohrung, wobei die beiden Anschlusselemente jeweils eine zylindrische Aufnahmefläche aufweisen, die ausgehend von den beiden Stirnflächen her zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge in der Rohrbohrung angeordnet sind, die Rohrbohrung einen größeren Durchmesser aufweist als die Aufnahmeflächen der Anschlusselemente, so dass diese Teile zueinander gefügt werden können und nach dem Fügen der Anschlusselemente diese mittels einer Schweißung mit dem Drehrohrelement verbunden werden.
Für das Verschweißen einzelner Bauelemente von Antriebswellen kommen bekannte Schweißverfahren zum Einsatz, so das Reibschweißen oder auch das Lichtbogen-Schutzgas-Schweißen. Bekannt ist auch die Anwendung des Laserschweißverfahrens, wie in der DE 102 60 061 A1 beschrieben.
Die vorgestellte Antriebswelle besteht aus einem Rohrstück und aus beidseitig im Rohrstück vorgesehenen Anschlussstücken, die mittels Laserschweißung mit dem Rohrstück verbunden werden.
Mit der Anwendung des Laserschweißens werden sicher gegenüber dem bekannten Stand der Technik Vorteile erzielt, nachteilig auch bei dieser Lösung ist der hohe mechanische Bearbeitungsaufwand, welcher darin begründet liegt, dass sowohl das Rohrstück beidseitig mechanisch bearbeitet werden muss und gleichfalls auch die einzufügenden Anschlussstücke mechanisch zu bearbeiten sind, um die Teile zueinander fügen zu können.
Wie beschrieben, ist das Verfahren des Laserschweißens einer Antriebswelle durch folgende Verfahrensschritte charakterisiert:

– zur Verfügung stellen eines Rohrstückes mit offenen Enden und Anschlussstücken mit Ansatzkragen für dieses Rohrstück einer Antriebswelle
– Einfügen des jeweiligen Ansatzstückes in das jeweilige Rohrstück unter Ausbilden eines Übergangsbereiches zwischen Rohrstück und Anschlussstück und
– das Laserschweißen der Anschlussstücke mit dem Rohrstück im Übergangsbereich, so dass eine Schweißverbindung ausgebildet und eine Antriebswelle erstellt wird.

Auch bei dieser vorgestellten Lösung ist es nachteilig, dass bezüglich des Fügens der Anschlussstücke zum Rohrstück mechanische Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind, die höhere Fertigungskosten verursachen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle vorzuschlagen, welche kostengünstig und einfach herstellbar sein soll, insbesondere unter Verringerung des mechanischen Bearbeitungsaufwandes und des Einsatzes eines Schweißverfahrens, mit dem eine prozesssichere Verbindung der Teile der Antriebswelle gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und besondere Gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung wurde eine Antriebswelle geschaffen, die als Längs- oder Seitenwelle in einem Kraftfahrzeug Anwendung findet und mit einem Längenausgleichssystem ausgebildet ist.
Die Längswellen sind Kardan- oder Gleichlaufwellen und bei den Seitenwellen handelt es sich um Antriebswellen vom Getriebe zu den Rädern eines Kraftfahrzeuges oder auch vom Differential- zum Schaltgetriebe.
Die geschaffene Antriebswelle besteht aus drei Bauteilen und einer Baugruppe, so aus einem Rohr sowie zwei Gleichlaufgelenken, welche als Festgelenke ausgebildet sind und aus einem Längenausgleichssystem, auch allgemein als Längenausgleich bezeichnet, wie in der Folge auch verwendet.
Ein Gleichlaufgelenk ist dabei direkt mit dem Rohr verbunden, während das zweite Gleichlaufgelenk über den Längenausgleich mit dem Rohr verbunden ist.
Ein derartiger Längenausgleich wird bekannterweise in Längswellen als auch in Seitenwellen eingesetzt, um Längendifferenzen während des Betriebes eines Fahrzeuges zu kompensieren.
Dieser Längenausgleich besteht aus den funktionsbestimmenden Bauteilen wie einer Profilhülse, einer Schweißnabe, welche im Inneren der Profilhülse axial verschiebbar gelagert ist. Dies wird ermöglicht, indem in der Profilhülse und auf dem äußeren Umfang der Schweißnabe Laufbahnen in axialer Richtung vorgesehen sind, in denen Kugeln geführt sind und somit gewährleistet wird, dass Längenveränderungen der Antriebswelle ausgeglichen werden können.
Sowohl die Profilhülse als auch die Schweißnabe sind einsatzgehärtet, wodurch Verschleißerscheinungen der Bauteile des Längenausgleiches weitestgehend ausgeschlossen sind.
Das Fügen/Verbinden der einzelnen Bauteile und der Baugruppe erfolgt über eine Schweißung in Form eines magnetisch beschleunigten Lichtbogens, hier das Magnet-Arc-Schweißen. Dabei werden die zu verschweißenden Teile in einer Schweißmaschine positioniert und mittels eines umlaufenden magnetisch bewegten Lichtbogens verschweißt.
Von besonderem Vorteil bei der vorgestellten Antriebswelle ist, dass Schweißverbindungen hergestellt werden, ohne dass die einsatzgehärtete Profilhülse und die einsatzgehärtete Schweißnabe im Bereich der zueinander zu verschweißenden Teile mechanisch bearbeitet werden müssen.
Das Magnet-Arc-Schweißverfahren wird immer dann anzuwenden sein, wenn dünnwandige Teile, hier die Ausbildung der Schweißnabe und des Mitnehmergehäuses vom Festgelenk, verbunden werden sollen.
In einer bevorzugten Ausführung der Herstellung einer Antriebswelle ist es auch möglich, ein Reibschweißen einzusetzen. Dies wird der Fall sein, wenn die zu schweißenden Teile mit dickeren Wandstärken ausgebildet sind bzw. dickere Wandstärken besitzen, so dass mit dem Reibschweißen eine prozesssichere Verbindung erreicht wird.
Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Antriebswelle und des zum Einsatz kommenden Magnet-Arc-Schweißens besteht darin, dass die zu schweißenden Teile aus Werkstoffen mit gleichen oder unterschiedlichen Gefügestrukturen ausgebildet sein können, beispielsweise jeweils aus handelsüblichen Baustählen bestehen oder in der Paarung eines thermisch unbehandelten Baustahles mit einem einsatzgehärteten Baustahl.
Aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ergeben sich weitere Merkmale und Vorzüge der vorgestellten Lösung. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:
1: eine Gesamtansicht einer Antriebswelle,
2: eine Schnittdarstellung der Antriebswelle nach 1,
3: eine Detailansicht eines Gleichlaufgelenkes mit angeschlossener Schweißnabe,
4: eine Detailansicht der Verbindungsstelle zwischen dem Rohr der Antriebswelle mit der Profilhülse vom Längenausgleich.
In der 1 ist eine nach der Erfindung hergestellte Antriebswelle in ihrer Gesamtheit dargestellt und besteht, wie gezeigt, aus dem Rohr 1 mit dem linksseitig angeordneten Gleichlaufgelenk 2, welches über die Schweißung 13 zum Rohr 1 verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres 1 ist über die Schweißung 13 der Längenausgleich 4 zum Rohr 1 angeschlossen und das zweite Gleichlaufgelenk 3 ist über die Schweißung 13 zur Schweißnabe 8 des Längenausgleiches 4 verbunden.
Aus der 1 ergibt sich ferner, dass die Verbindungsstelle von Profilhülse 5 und Schweißnabe 8 mittels eines Faltenbalges 11 überspannt ist, welcher über die vorgesehenen Spannschellen 12 sowohl zur Profilhülse 5 als auch zur Schweißnabe 8 befestigt ist, gleichzeitig eine Abdichtung erzielt wird, um zu verhindern, dass das im Inneren des Faltenbalges 11 vorgesehene Fett ungehindert austreten kann und in das Innere keine Fremdkörper und Verunreinigungen eindringen können.
Das funktionelle Zusammenwirken der Antriebswelle ergibt sich im Detail aus der 2, in der sowohl die Anordnung der Gleichlaufgelenke 2; 3 zum Rohr 1 und zur Schweißnabe 8 des Längenausgleiches 4 dargestellt sind, aber auch die Ausbildung der Bauteile des Längenausgleiches 4 selbst.
So ist gezeigt, dass die Profilhülse 5 im Inneren ihres Längsschaftes mit Laufbahnen 6 ausgebildet ist und die Schweißnabe 8 in ihrem zylindrischen Teil, mit dem die Schweißnabe 8 im Inneren der Profilhülse 5 eingesetzt ist, gleichfalls Laufbahnen 7 besitzt und zwischen den Laufbahnen 6; 7 Kugeln 9 vorgesehen sind, die in einem Kugelkäfig 10 positioniert sind.
Gezeigt ist gleichfalls, wie der Faltenbalg 11 den Übergangsbereich von der Profilhülse 5 zur Schweißnabe 8 überdeckt und die einzusetzenden Spannschellen 12 den Faltenbalg 11 zu diesen beiden Bauteilen dichtend umspannen.
Wie in der 2 auch gezeigt, erfolgt die Verbindung des Gleichlaufgelenkes 3 zur Schweißnabe 8 über einen Schweißbund 15, der aus dem Mitnehmergehäuse 14 des Gleichlaufgelenkes 3 herausgebildet ist und einen Außendurchmesser besitzt, der dem Außendurchmesser der Schweißnabe 8 angepasst ist.
In analoger Weise ist auch das Mitnehmergehäuse 14 des Gleichlaufgelenkes 2 mit einem Schweißbund 15 ausgebildet, über den das Gleichlaufgelenk 2 mit dem Rohr 1 verschweißt ist. Ferner wird gezeigt, dass die Profilhülse 5 mit einem Außendurchmesser ausgebildet ist, der dem des Rohres 1 entspricht und die Profilhülse 5 über die Schweißung 13 mit dem Rohr 1 verbunden ist.
Die Darstellungen gemäß der 3 und 4 zeigen Detailansichten der Antriebswelle. In der 3 ist das Gleichlaufgelenk 3 in Verbindung mit der Schweißnabe 8 dargestellt und die 4 zeigt die Ausbildung der Profilhülse 5 mit den in ihrem Inneren vorgesehenen axial verlaufenden Laufbahnen 6.
So ergibt sich aus der 3, wie das Mitnehmergehäuse 14 übergeht in den Schweißbund 15, über den das Gleichlaufgelenk 3 mit der Schweißnabe 8 durch die Schweißung 13 verbunden ist und es wird gezeigt, dass beide Teile mit einem gleichgroßen Außendurchmesser ausgeführt sind.
Aus der 4 ergibt sich, dass analog der Verbindung vom Gleichlaufgelenk 3 zur Schweißnabe 8 das Rohr 1 und die Profilhülse 5 im Bereich der Schweißung 13 einen gleichgroßen Außendurchmesser besitzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3510091 C2 [0003]
- DE 19611000 A1 [0005]
- DE 19921228 C2 [0007]
- DE 10260061 A1 [0008]

Claims

Antriebswelle, ausgebildet als Längs- oder Seitenwelle, bestehend aus einem Rohr (1), zwei Gleichlaufgelenken (2; 3) und einem Längenausgleich (4) für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk (2) direkt und das Gleichlaufgelenk (3) über den Längenausgleich (4) fest mit dem Rohr (1) verbunden sind, wobei der Längenausgleich (4) über eine wärmebehandelte Profilhülse (5) zum Rohr (1) und zum Gleichlaufgelenk (3) über eine wärmebehandelte Schweißnabe (8) fest verbunden ist und die festen Verbindungen durch einen umlaufenden magnetisch bewegten Lichtbogen des Magnet-Arc-Schweißens herausgebildet werden.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilhülse (5) und die Schweißnabe (8) einsatzgehärtet sind.
Antriebswelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichlaufgelenk (3) über den Schweißbund (15) des Mitnehmergehäuses (14) mit der Schweißnabe (8) vom Längenausgleich (4) verschweißt ist.
Antriebswelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufgelenke (2; 3) als Festgelenke ausgebildet sind.
Antriebswelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Rohres (1) dem Außendurchmesser des Schweißbundes (15) vom Gleichlaufgelenk (2) und dem der Profilhülse (5) entspricht und der Außendurchmesser der Schweißnabe (8) dem Außendurchmesser des Schweißbundes (15) vom Gleichlaufgelenk (3) angepasst ist.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herausbildung einer festen Verbindung der zu schweißenden Teile alternativ ein Reibschweißen zur Anwendung kommt, mittels dem die Schweißungen (13) herausgebildet werden.