Gelenkwelle

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Wuchtgewicht, welches in einem bezüglich einer Rotationsachse der Gelenkwelle hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle angeordnet ist.

Die DE 103 12 056 B3 beschreibt eine Gelenkwelle, welche zwei endseitige Kreuzgelenke aufweist. Zwischen den zwei Kreuzgelenken ist eine Einrichtung zum ändern einer Länge der Gelenkwelle angeordnet. Hierbei ist ein Bereich der Gelenkwelle hohlzylindrisch bezüglich einer Rotationsachse der Gelenkwelle ausgebildet. Der hohlzylindrische Bereich umfasst auf einer der Einrichtung zum ändern der Länge der Gelenkwelle zugewandten Seite eine Profilhülse, welche mit einem Profilzapfen eine Keilverzahnung bildet, wobei Zähne des Profilzapfens parallel zur Rotationsachse verlaufen.

Der Profilzapfen und die mit diesem keilverzahnten Profilhülse sind von einer Dichthülse umgeben, welche fest mit dem zugehörigen ersten Kreuzgelenk verbunden ist. Die Dichthülse stellt ebenfalls einen hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle dar. Sowohl die Dichthülse als auch der dem zweiten Kreuzgelenk zugeordnete hohlzylindrische Bereich der Gelenkwelle weisen an jeweiligen Außenflächen ein Wuchtgewicht auf. Die Wuchtgewichte erstrecken sich auf der Außenfläche über einen begrenzten Winkelbereich um die Rotationsachse und dienen einem Ausgleichen von Unwuchten der Gelenkwelle .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gelenkwelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einer hohen Wuchtgüte eine besonders kompakte Bauform aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gelenkwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Anordnen wenigstens eines Wuchtgewichts an einer Gelenkwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Gelenkwelle für ein Kraftfahrzeug, mit wenigsten einem Wuchtgewicht, welches in einem bezüglich einer Rotationsachse der Gelenkwelle hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle angeordnet ist, ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Wuchtgewicht innenumfangsseitig des hohlzylindrischen Bereichs der Gelenkwelle angeordnet ist.

Dadurch ist es bei hoher Wuchtgüte der Gelenkwelle ermöglicht, einen Außendurchmesser der mit dem wenigstens einen Wuchtgewicht versehenen Gelenkwelle zu verringern und somit eine besonders kompakte Bauform der Gelenkwelle zu realisieren.

So ist insgesamt ein Bauraum zu verringern, welcher von einem die Gelenkwelle umfassenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs beansprucht wird. Dies ist insbesondere bei Verwenden des Antriebsstrangs für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug von Vorteil, da hier die von einem Verteilergetriebe abzweigende, an dem an einem Wechselgetriebe seitlich vorbeizuführende Gelenkwelle regelmäßig einen besonders geringen Abstand zu einem Gehäuse des Wechselgetriebes, zu einem Kardantunnel, zu einer Unterbodendämmung, zu einer Abgasanlage und dergleichen benachbarten Bauteilen aufweist.

Eine insgesamt kompaktere Bauform des Antriebstrangs ermöglicht eine Gewichtsreduzierung des Kraftfahrzeugs und damit einhergehend ein Verringern eines Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs.

Gleichzeitig kann der eine besonders hohe Drehzahlfestigkeit und eine besonders hohe Festigkeit der Gelenkwelle gewährleistende Außendurchmesser beibehalten werden, welchen die Gelenkwelle aufweist, wenn an dieser kein Wuchtgewicht angeordnet ist. Durch das innenumfangsseitige Anordnen des wenigstens einen Wuchtgewichts in dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle ist sogar ein Verbessern der Drehzahlfestigkeit der Gelenkwelle ermöglicht. Ebenso weist die Gelenkwelle eine verbesserte Wuchtgüte auf, wodurch ein besonders geräuscharmes Betreiben der Gelenkwelle ermöglicht ist.

Die in ihrem Außendurchmesser gegenüber der dem Stand der Technik gemäßen Gelenkwelle, bei welcher das wenigstens eine Wuchtgewicht außenumfangsseitig angeordnet ist, verkleinerte Gelenkwelle kann konstruktiv besonders nahe an dem Verteilergetriebe angeordnet werden. Dadurch können Zahnräder des Getriebes verkleinert und entsprechend eine seitliche Erstreckung des Getriebes verringert werden. Die kleineren Zahnräder führen zu verringerten Pantschverlusten, zu einem verringerten Gewicht und damit zu einem Verringern des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs.

Engstellen im Bereich des Kardantunnels, der Abgasanlage und dergleichen, lassen sich durch die Gelenkwelle mit dem innenumfangsseitig des hohlzylindrischen Bereichs angeordneten wenigstens einen Wuchtgewicht verringern und eine höhere Packungsdichte (Packaging) ist erreichbar. Dadurch wird ein Konstruktionsspielraum des Kraftfahrzeugs erweitert, ein Ausbilden von einheitlichen Rohbauten ermöglicht und eine Anzahl von Varianten einer Karosserie des Kraftfahrzeugs kann verringert werden.

Des Weiteren kann ein etwa ein Fasermaterial aufweisendes Dämmmaterial des Unterbodens und/oder des Kardantunnels konstruktiv besonders nah an der Gelenkwelle angeordnet werden. Hierbei kann es bei besonders hohen Querbeschleunigungen zu einem seitlichen Bewegen des Antriebsstrangs bzw. einer ein Antriebsaggregat und das Getriebe umfassenden Einheit in deren elastischen Lagern kommen. Bei der besonders hohen Querbeschleunigung kann es so kurzzeitig zum Ausbilden eines Kontakts zwischen der Gelenkwelle und dem Dämmmaterial kommen, ohne dass der Kontakt zu dem Dämmmaterial während des Fahrens des Kraftfahrzeugs zu einer starken, durch ein Rattern gekennzeichneten, Geräuschentwicklung und/oder zu einem Zerstören des Dämmmaterials führt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Wuchtgewicht separat von dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle ausgebildet. Dadurch ist eine besonders zielgenaues, an die spezifische Gelenkwelle angepasstes Positionieren des wenigsten einen Wuchtgewichts ermöglicht, wodurch sich eine besonders hohe Wuchtgüte der Gelenkwelle erzielen lässt.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das wenigstens eine Wuchtgewicht Stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle verbunden ist. Die hierbei erforderliche Haltekraft zwischen dem wenigsten einen Wuchtgewicht und dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle kann aufgrund des innenumfangsseitigen Anordnens vergleichsweise klein sein, weil durch eine Fliehkraft beim Betreiben der Gelenkwelle die Haltekraft erhöht und dadurch ein Fixieren des wenigstens einen Wuchtgewichts an der Gelenkwelle verbessert wird.

Bei einem außenumfangsseitigen Anordnen des wenigstens einen Wuchtgewichts wirkt demgegenüber die Fliehkraft der

Haltekraft entgegen. Das Stoffschlüssige Verbinden des wenigstens einen Wuchtgewichts mit dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle kann durch Schweißen, insbesondere durch Punktschweißen, durch Kleben oder dergleichen erfolgen. Alternativ oder ergänzend ist durch Klemmen ein formschlüssiges Verbinden des wenigstens einen Wuchtgewichts mit dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle erreichbar.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das wenigstens eine Wuchtgewicht mittels einer magnetischen Haltekraft innenumfangsseitig des hohlzylindrischen Bereichs der Gelenkwelle gehalten ist. Dadurch ist ein besonders einfaches und sicheres Festlegen des wenigstens einen Wuchtgewichts an dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle ermöglicht.

Des Weiteren kann hierbei mittels eines geeigneten Magnetisierungswerkzeugs das wenigstens eine Wuchtgewicht in einem Zusammenbau der Gelenkwelle verschoben werden, wobei während des Verschiebens eine Magnetisierung aufgebracht wird, welche einer Magnetisierung zum Halten des zumindest einen Wuchtgewichts entgegengerichtet ist. Dadurch lässt sich die fertig zusammengebaute und/oder in das Kraftfahrzeug eingebaute Gelenkwelle nachträglich und mit besonders geringem Aufwand auswuchten und so eine auf das Kraftfahrzeug abgestimmte, besonders hohe Wuchtgüte einstellen. Ebenso ist hierbei ein Nachwuchten der Gelenkwelle im Zusammenbau besonders einfach durchzuführen.

In alternativen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung kann die magnetische Haltekraft von einem Dauermagnet bewirkt sein, welcher in das wenigstens eines Wuchtgewicht integriert ausgebildet ist, oder das wenigstens eine Wuchtgewicht kann als Dauermagnet ausgebildet sein. Dadurch lassen sich Dimensionen und bevorzugte Anlagepunkte oder Anlageflächen zwischen dem wenigstens einen Wuchtgewicht und dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle besonders gut einstellen.

Beim Integrieren des Dauermagneten in das wenigstens eine Wuchtgewicht kann ein Werkstoff des den Dauermagneten zumindest bereichsweise umgebenden Wuchtgewichts in vorteilhafter Weise so gewählt werden, dass eine Form des wenigstens einen Wuchtgewichts zum Einführen in den hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle besonders gut geeignet ist.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zumindest der hohlzylindrische Bereich der Gelenkwelle ferromagnetisch ausgebildet ist. Dadurch ist ein Festlegen des wenigstens einen Wuchtgewichts in dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle mittels der magnetischen Haltekraft ermöglicht, wobei die magnetische Haltekraft in vorteilhafter Weise von dem wenigstens einen Wuchtgewicht aufgebracht wird.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das wenigstens eine Wuchtgewicht einen metallischen Werkstoff, einen Kunststoff, einen anorganischen nicht-metallischen Werkstoff und/oder einen Verbundwerkstoff aufweist. Beim Verwenden eines metallischen Werkstoffs für das wenigstens eine Wuchtgewicht kann eine vergleichsweise geringe räumliche Ausdehnung des wenigstens einen Wuchtgewichts bereits zu einem Verbessern der Wuchtgüte der Gelenkwelle führen. Andererseits lässt ein Wuchtgewicht aus Kunststoff ein besonders einfaches Integrieren eines Dauermagneten in das Wuchtgewicht zu. Ebenso ist ein aus dem Kunststoff oder dem Verbundwerkstoff bestehendes Wuchtgewicht besonders sicher durch Kleben innenumfangsseitig in dem hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle festzulegen.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gelenkwelle beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Anordnen wenigstens eines Wuchtgewichts an einer Gelenkwelle.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise eine bereichsweise geschnittene Draufsicht auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb, bei welchem eine vordere Gelenkwelle seitlich an einem Getriebegehäuse vorbeigeführt ist, wobei die vordere Gelenkwelle ein vorderes Achsgetriebe mit einem Verteilergetriebe verbindet;

Fig. 2 einen hohlzylindrischen Bereich der Gelenkwelle, in einem Querschnitt und in einem Längsschnitt, wobei in dem hohlzylindrischen Bereich innenumfangsseitig ein Wuchtgewicht mittels Punktschweißen angeordnet ist;

Fig. 3 den hohlzylindrischen Bereich gemäß Fig. 2, in welchem ein Wuchtgewicht innenumfangsseitig mittels eines Klebstoffs festgelegt ist;

Fig. 4 den hohlzylindrischen Bereich gemäß Fig. 2, in welchem innenumfangsseitig ein Wuchtgewicht angeordnet ist, in welches ein Dauermagnet integriert ist; und

Fig. 5 den hohlzylindrischen Bereich gemäß Fig. 2 mit einem als Dauermagnet ausgebildeten Wuchtgewicht.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise und in einer bereichsweise geschnittenen Draufsicht einen Antriebsstrang 10 eines

vorliegend nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, welches als allradgetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Getriebegehäuse 12 für ein Wechselgetriebe 28, an welchem eine vordere Gelenkwelle 14 seitlich vorbei geführt ist. Die vordere Gelenkwelle 14 ist mittels eines vorderen Kreuzgelenks 16 mit einem Achsgetriebe 18 verbunden, welches einer Vorderachse 20 des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist und zum Antreiben der Vorderachse 20 ausgelegt ist.

Mittels eines hinteren Kreuzgelenks 22 ist die vordere Gelenkwelle 14 mit einem Verteilergetriebe 24 verbunden. Eine hintere Gelenkwelle 26 führt von dem Wechselgetriebe 28, welches innerhalb des Getriebegehäuses 12 angeordnet ist, zu einer vorliegend nicht gezeigten Hinterachse des Kraftfahrzeugs, welche mittels der hinteren Gelenkwelle 26 angetrieben werden kann.

Die vordere Gelenkwelle 14 und die hintere Gelenkwelle 26 weisen hohlzylindrische Bereiche 30 auf, in welchen die Gelenkwellen 14, 26 als Hohlwellen ausgebildet sind. Exemplarisch ist in Fig. 1 der hohlzylindrische Bereich 30 der vorderen Gelenkwelle 14 gezeigt, welcher eine besonders große Nähe zu dem Getriebegehäuse 12 aufweist.

In dem hohlzylindrischen Bereich 30 der Gelenkwelle 14 ist vorliegend innenumfangsseitig ein Wuchtgewicht 32 angeordnet, welches in einer Schnittansicht des hohlzylindrischen Bereichs 30 in Fig. 2 erkennbar ist.

Das Wuchtgewicht 32 liegt gemäß Fig. 2 in dem hohlzylindrischen Bereich 30 in bezüglich einer Rotationsachse A der Gelenkwelle 14 axialer Richtung über seine gesamte axiale Längenerstreckung dem hohlzylindrischen Bereich 30 innenumfangsseitig an.

Gemäß Fig. 2 ist das Wuchtgewicht 32 mittels Punktschweißens innenumfangsseitig in dem hohlzylindrischen Bereich 30 der Gelenkwelle 14 festgelegt. Ein entsprechender Schweißpunkt 34 ist in Fig. 2 schematisch gezeigt.

In der Schnittdarstellung senkrecht zu der Rotationsachse A des hohlzylindrischen Bereichs 30 ist erkennbar, dass das Wuchtgewicht 32 einem kreisbogenförmigen Abschnitt des hohlzylindrischen Bereichs 30 anliegend ausgebildet ist.

Durch das beispielhaft in Fig. 2 gezeigte, innenumfangsseitige Anordnen des Wuchtgewichts 32 in dem hohlzylindrischen Bereich 30 der Gelenkwelle 14 kann ein seitlicher Abstand der Gelenkwelle 14 zu dem Gehäuse 12 des Wechselgetriebes 28 deutlich verringert werden.

Beispielsweise kann der seitliche Abstand, welcher beim außenumfangsseitigen Anordnen des Wuchtgewichts 32 eine Größe von 8 mm betragen kann, um 5 mm reduziert werden, wenn das Wuchtgewicht 32 innenumfangsseitig angeordnet ist. Dadurch sind Bauraumgewinne bei einer Packungsdichte (Packaging) des Antriebsstrangs 10 realisierbar, welche änderungen an einem Rohbau und/oder an einem Kardantunnel des Kraftfahrzeugs minimieren oder vollständig sich vermeiden lassen helfen.

Durch ein Verringern von unterschiedlichen Dimensionierungen einer Karosserie des Kraftfahrzeugs können sowohl ein gewöhnlicher Antriebsstrang 10 zum Antreiben lediglich einer Achse oder der in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Antriebsstrang 10 für das allradgetriebene Kraftfahrzeug mit der gleichen Karosserie gebaut werden. Dadurch sind erhebliche Kosten- und Logistikvorteile beim Produzieren des Kraftfahrzeugs ermöglicht .

Zum Anordnen des Wuchtgewichts 32 innenumfangsseitig des hohlzylindrischen Bereichs 30 der Gelenkwelle 14, 26 kann das Wuchtgewicht 32 mittels eines Werkzeugs auf einer

Wuchtmaschine durch eine hintere Verzahnungsöffnung in den hohlzylindrischen Bereich 30 eingebracht werden. Das Wuchtgewicht 32 kann so besonders gut phasengenau positioniert und innenumfangsseitig festgelegt werden.

Selbstverständlich können innenumfangsseitig des hohlzylindrischen Bereichs 30 der Gelenkwelle 14, 26 mehrere Wuchtgewichte 32 axial und/oder radial versetzt angeordnet werden.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des in dem hohlzylindrischen Bereich 30 festgelegten Wuchtgewichts 32. Hierbei ist das Wuchtgewicht mittels eines Klebefilms 36 innenumfangsseitig an dem hohlzylindrischen Bereich 30 festgelegt. Vorzugsweise ist der Klebefilm 36 mittels einer Selbstklebefolie auf das Wuchtgewicht 32 aufbracht. Das Wuchtgewicht 32 weist eine andere Konturlinie auf, als das in Fig. 2 gezeigte Wuchtgewicht 32. So ist eine radiale Dicke des Wuchtgewichts 32 von einer zentralen, axialen Nut 38 ausgehend zu von der Nut 38 abgewandten Rändern des Wuchtgewichts 32 hin abnehmend ausgebildet. Das Wuchtgewicht 32 gemäß Fig. 2 weist demgegenüber eine radial konstante Dicke auf.

Gemäß Fig. 4 ist in das Wuchtgewicht 32 ein Dauermagnet 40 integriert, welcher dem hohlzylindrischen Bereich 30 anliegend ausgebildet ist. Der Dauermagnet 40 ist zu übrigen Randseiten des Dauermagnets 40 hin von dem Wuchtgewicht 32 umhüllt. Der hohlzylindrische Bereich 30 der Gelenkwelle 14 ist im Falle eines Haltens des Wuchtgewichts 32 an dem hohlzylindrischen Bereich 30 mittels einer magnetischen Haltekraft ferromagnetisch ausgebildet.

Dadurch ist es beim Anordnen der Wuchtgewichte 32 in dem hohlzylindrischen Bereich 30 ermöglicht, das Wuchtgewicht 32 mit einer der Magnetisierungen des Dauermagneten 40 entgegengerichteten Magnetisierung zu beaufschlagen und in

dem hohlzylindrischen Bereich 30 axial und/oder radial zu verschieben. Dadurch kann ein Wuchtzustand der Gelenkwelle 14, 26 im in das Kraftfahrzeug eingebauten ^" Zustand besonders präzise verändert werden.

Insbesondere beim Ausbilden des Wuchtgewichts 32 als den Dauermagneten 40 umschließendes Wuchtmittel, kann das Wuchtgewicht 32 aus einem nicht-metallischen Werkstoff bestehen.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wuchtgewicht 32 in seiner Gesamtheit als Dauermagnet 40 ausgebildet. Hierbei kann das Wuchtgewicht 32 aus einem magnetischen oder aus einem magnetisierten Werkstoff bestehen.