Antriebswelle -Drive shaft
Eine Antriebswelle , Antriebswelle , Antriebswelle , Heckwelle ( australisches Englisch ), Kardanwelle ( Prop -Shaft ) oder Kardanwelle (nach Girolamo Cardano ) ist ein Bauteil zur Übertragung mechanischer Kraft und Drehmoment und Rotation, das normalerweise verwendet wird, um andere Komponenten eines zu verbinden Antriebsstrang , der aufgrund des Abstands oder der Notwendigkeit, eine relative Bewegung zwischen ihnen zu ermöglichen, nicht direkt verbunden werden kann.
Als Drehmomentträger werden Antriebswellen auf Torsion und Schub beansprucht , die der Differenz zwischen Eingangsdrehmoment und Belastung entsprechen. Sie müssen daher stark genug sein, um den Belastungen standzuhalten, und gleichzeitig ein zu hohes zusätzliches Gewicht vermeiden, da dies wiederum ihre Trägheit erhöhen würde .
Um Abweichungen in der Ausrichtung und im Abstand zwischen den antreibenden und angetriebenen Komponenten zu ermöglichen, enthalten Antriebswellen häufig ein oder mehrere Universalgelenke , Klauenkupplungen oder Lappengelenke und manchmal ein Keilgelenk oder ein prismatisches Gelenk .
Geschichte
Der Begriff Antriebswelle tauchte erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts auf. In der Neuauflage des Patents von Stover aus dem Jahr 1861 für eine Hobel- und Anpassmaschine wird der Begriff verwendet, um sich auf die riemengetriebene Welle zu beziehen, durch die die Maschine angetrieben wird. Der Begriff wird in seinem ursprünglichen Patent nicht verwendet. Eine weitere frühe Verwendung des Begriffs findet sich in der Neuauflage des Patents von 1861 für die von Pferden gezogene Mähmaschine von Watkins und Bryson . Hier bezieht sich der Begriff auf die Welle, die Kraft von den Rädern der Maschine auf das Getriebe überträgt, das den Schneidmechanismus antreibt.
In den 1890er Jahren wurde der Begriff in einer Weise verwendet, die dem modernen Sinn näher kam. 1891 zum Beispiel bezeichnete Battles die Welle zwischen dem Getriebe und den Antriebslastwagen seiner Climax -Lokomotive als Antriebswelle, und Stillman bezeichnete die Welle, die die Kurbelwelle mit der Hinterachse seines wellengetriebenen Fahrrads verbindet , als Antriebswelle. 1899 verwendete Bukey den Begriff, um in seinem Werk Horse-Power die Welle zu beschreiben, die die Kraft vom Rad auf die angetriebene Maschine durch ein Universalgelenk überträgt . Im selben Jahr beschrieb Clark sein Marine Velocipede mit dem Begriff, um sich auf die zahnradgetriebene Welle zu beziehen, die Kraft über ein Universalgelenk auf die Propellerwelle überträgt. Crompton verwendete den Begriff, um sich auf die Welle zwischen dem Getriebe seines dampfbetriebenen Motor Vehicle von 1903 und der angetriebenen Achse zu beziehen.
Das wegweisende Unternehmen der Automobilindustrie, Autocar , war das erste Unternehmen, das eine Antriebswelle in einem benzinbetriebenen Auto einsetzte. Dieses 1901 gebaute Fahrzeug befindet sich heute in der Sammlung der Smithsonian Institution.
Kfz-Antriebswelle
Fahrzeuge
Ein Automobil kann eine Längswelle verwenden, um Kraft von einem Motor/Getriebe an das andere Ende des Fahrzeugs zu liefern, bevor es zu den Rädern geht. Ein Paar kurze Antriebswellen wird üblicherweise verwendet, um Kraft von einem zentralen Differential , Getriebe oder Transaxle zu den Rädern zu übertragen.
Frontmotor, Hinterradantrieb
Bei Fahrzeugen mit Frontmotor und Hinterradantrieb ist auch eine längere Antriebswelle erforderlich, um die Leistung über die Länge des Fahrzeugs zu übertragen. Zwei Formen dominieren: Das Torsionsrohr mit einem einzigen Kardangelenk und der häufigere Hotchkiss-Antrieb mit zwei oder mehr Gelenken. Dieses System wurde nach dem Patent der Automobilfirma Panhard et Levassor als Système Panhard bekannt.
Die meisten dieser Fahrzeuge haben eine Kupplung und ein Getriebe (oder Getriebe), die direkt am Motor montiert sind, wobei eine Antriebswelle zu einem Achsantrieb in der Hinterachse führt. Bei stehendem Fahrzeug dreht sich die Antriebswelle nicht. Einige Fahrzeuge (im Allgemeinen Sportwagen, wie die Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta und Porsche 924/944/928 ), die eine verbesserte Gewichtsbalance zwischen Vorder- und Hinterachse anstreben, verwenden ein Heckgetriebe . Bei einigen Nicht-Porsche-Modellen platziert dies die Kupplung und das Getriebe am Heck des Autos und die Antriebswelle zwischen ihnen und dem Motor. In diesem Fall dreht sich die Antriebswelle kontinuierlich mit dem Motor, auch wenn das Auto steht und kein Gang eingelegt ist. Bei den Porsche 924/944/928-Modellen ist die Kupplung jedoch an der Rückseite des Motors in einem Glockengehäuse montiert, und die Antriebswelle vom Kupplungsausgang, die sich in einem hohlen Drehmomentschutzrohr befindet, überträgt die Kraft auf das hinten montierte Getriebe ( Getriebe + Differenzial). Die Porsche-Antriebswelle dreht sich also nur, wenn sich die Hinterräder drehen, da die motorseitige Kupplung die Drehung der Motorkurbelwelle von der Antriebswelle entkoppeln kann. Wenn also der Fahrer beim zügigen Hoch- oder Runterschalten (Schaltgetriebe) die Kupplung verwendet, kann der Motor bei Porsche mit der Gaspedaleingabe des Fahrers frei hochdrehen, da die Trägheit von Motor und Schwungrad bei geöffneter Kupplung relativ gering ist und ist nicht mit der zusätzlichen Rotationsträgheit der Antriebswelle belastet. Das Porsche-Torsionsrohr ist sowohl an der Motorglocke als auch am Getriebegehäuse fest befestigt, fixiert die Länge und Ausrichtung zwischen der Getriebeglocke und dem Getriebe und minimiert das Reaktionsdrehmoment des Hinterradantriebs durch Verdrehen des Getriebes in jeder Ebene erheblich.
Eine Antriebswelle, die ein hinteres Differential mit einem Hinterrad verbindet, kann als Halbwelle bezeichnet werden. Der Name rührt daher, dass zwei solcher Wellen benötigt werden, um eine Hinterachse zu bilden .
Frühe Automobile verwendeten häufig Kettenantriebs- oder Riemenantriebsmechanismen anstelle einer Antriebswelle. Einige verwendeten elektrische Generatoren und Motoren, um die Kraft auf die Räder zu übertragen.
Frontantrieb
Im britischen Englisch beschränkt sich der Begriff Antriebswelle auf eine Querwelle, die Kraft auf die Räder, insbesondere die Vorderräder, überträgt. Die Welle, die das Getriebe mit einem hinteren Differential verbindet, wird als "Propellerwelle" oder "Propellerwelle" bezeichnet. Eine Kardanwellenbaugruppe besteht aus einer Kardanwelle, einem Gleitgelenk und einem oder mehreren Kardangelenken. Bei voneinander getrennten Motoren und Achsen, wie bei Fahrzeugen mit Allrad- und Hinterradantrieb , dient die Kardanwelle dazu, die vom Motor erzeugte Antriebskraft auf die Achsen zu übertragen.
In der Automobilindustrie werden verschiedene Arten von Antriebswellen verwendet:
- Einteilige Antriebswelle
- Zweiteilige Antriebswelle
- Slip-in-Tube-Antriebswelle
Die Slip-in-Tube-Antriebswelle ist ein neuartiger Typ, der die Crashsicherheit verbessert. Es kann komprimiert werden, um im Falle eines Crashs Energie zu absorbieren, daher wird es auch als "kollabierbare Antriebswelle" bezeichnet.
Allrad und Allradantrieb
Diese entwickelten sich aus dem Layout mit Frontmotor und Hinterradantrieb. Zwischen Getriebe und Achsantrieb in beiden Achsen wurde eine neue Form des Getriebes namens Verteilergetriebe platziert. Diese teilte den Antrieb auf die beiden Achsen auf und kann auch Untersetzungsgetriebe, eine Klauenkupplung oder ein Differenzial enthalten. Es wurden mindestens zwei Antriebswellen verwendet, eine vom Verteilergetriebe zu jeder Achse. Bei einigen größeren Fahrzeugen war das Verteilergetriebe zentral montiert und wurde selbst von einer kurzen Antriebswelle angetrieben. Bei Fahrzeugen von der Größe eines Land Rover ist die Antriebswelle zur Vorderachse merklich kürzer und steiler gegliedert als die hintere Welle, was es zu einem schwierigeren technischen Problem macht, eine zuverlässige Antriebswelle zu bauen, und was eine ausgefeiltere Form erfordern kann des Universalgelenks.
Moderne leichte Autos mit Allradantrieb (insbesondere Audi oder der Fiat Panda ) können ein System verwenden, das eher einem Frontantriebslayout ähnelt. Getriebe und Endantrieb für die Vorderachse sind neben dem Motor in einem Gehäuse zusammengefasst, und eine einzige Antriebswelle führt über die gesamte Länge des Fahrzeugs zur Hinterachse. Dies ist ein bevorzugtes Design, bei dem das Drehmoment auf die Vorderräder vorgespannt wird, um ein autoähnliches Handling zu erzielen, oder wenn der Hersteller sowohl Allrad- als auch Frontantriebsautos mit vielen gemeinsamen Komponenten produzieren möchte.
Forschung und Entwicklung
Auch die Automobilindustrie setzt Antriebswellen in Prüfanlagen ein. An einem Motorenprüfstand wird eine Antriebswelle verwendet, um eine bestimmte Drehzahl oder ein bestimmtes Drehmoment vom Verbrennungsmotor auf einen Leistungsprüfstand zu übertragen . Ein „Wellenschutz“ wird an einer Wellenverbindung zum Schutz vor Berührung mit der Antriebswelle und zur Erkennung eines Wellenbruchs eingesetzt. An einem Getriebeprüfstand verbindet eine Antriebswelle die Antriebsmaschine mit dem Getriebe.
Symptome einer defekten Antriebswelle
Eine Fahrzeugantriebswelle kann typischerweise etwa 120.000 Kilometer halten. Wenn das Fahrzeug jedoch eines der folgenden Anzeichen aufweist, sollten Fahrer es so schnell wie möglich von einem Mechaniker überprüfen lassen.
- Klick- oder Quietschgeräusche: Der Fahrer kann beim Fahren entweder ein Klick-, Quietsch- oder Schleifgeräusch unter dem Fahrzeug hören. All dies könnte auf fehlerhafte Lager oder Buchsen zurückzuführen sein, die dazu führen, dass die Antriebswelle nicht richtig funktioniert und viele seltsame Geräusche macht.
- Klirrende Geräusche: Der Fahrer kann die Geräusche besonders hören, wenn er das Fahrzeug dreht, beschleunigt oder sogar den Rückwärtsgang einlegt.
- Vibration: Ein frühes und häufiges Symptom einer defekten Antriebswelle ist eine intensive Vibration, die von der Unterseite des Fahrzeugs kommt. Abgenutzte Kupplungen, U-Gelenke oder Lager verursachen übermäßige Vibrationen der Antriebswelle.
- Wendeprobleme: Probleme beim Wenden des Fahrzeugs, sowohl bei langsamen als auch bei schnellen Fahrten, sind ein weiteres signifikantes Zeichen für eine schlechte Antriebswelle.
Kardanwellen-Feststellbremsen
Eine Kardanwellen-Feststellbremse wirkt auf die Antriebswelle und nicht auf die Räder. Diese Bremsen werden üblicherweise bei kleinen Lastkraftwagen verwendet. Diese Art von Bremse ist störanfällig und hat zu Vorfällen geführt, bei denen der Lkw an einem Hang davongelaufen ist, was zu Sicherheitswarnungen geführt hat. Schwere Fahrzeuge mit dieser Art von Feststellbremse haben normalerweise einen Ratschengriff, der der Handbremse oder Feststellbremse eines Autos ähnelt , im Gegensatz zu einem Luftbremsknopf oder -hebel.
Zu den Risikofaktoren für Autofahrer gehören das Parken an einem steilen Hang mit hoher Beladung, das Bremsen nicht mit ausreichender Kraft, das Verändern der Beladung oder Lastverteilung beim Parken an einem Hang oder das Parken, wo eine Seite des Fahrzeugs rutschen kann. Die Verwendung von Unterlegkeilen an den Rädern ist eine Möglichkeit, zu verhindern, dass sich das Fahrzeug an einem Hang bewegt.
Motorrad Antriebswellen
Antriebswellen wurden schon vor dem 1. Weltkrieg in Motorrädern verwendet , wie dem belgischen FN-Motorrad von 1903 und dem Stuart Turner Stellar-Motorrad von 1912. Als Alternative zu Ketten- und Riemenantrieben bieten Antriebswellen langlebige, saubere und relativ wartungsarme kostenloser Betrieb. Ein Nachteil des Wellenantriebs bei einem Motorrad ist, dass ein Schrägverzahnung , Spiralkegelradgetriebe oder ähnliches benötigt wird, um die Kraft um 90° von der Welle auf das Hinterrad zu lenken, wobei dabei etwas Kraft verloren geht.
BMW produziert seit 1923 Motorräder mit Kardanantrieb; und Moto Guzzi haben seit den 1960er Jahren V-Twins mit Wellenantrieb gebaut . Das britische Unternehmen Triumph und die großen japanischen Marken Honda , Suzuki , Kawasaki und Yamaha haben Motorräder mit Wellenantrieb hergestellt.
Lambretta Motorroller Typ A bis Typ LD sind wellengetrieben, der NSU Prima Roller ebenfalls wellengetrieben
Motorradmotoren, die so positioniert sind, dass die Kurbelwelle in Längsrichtung und parallel zum Rahmen verläuft, werden häufig für wellengetriebene Motorräder verwendet. Dafür ist bei der Kraftübertragung nur eine 90°-Drehung erforderlich, statt zwei. Motorräder von Moto Guzzi und BMW sowie die Serien Triumph Rocket III und Honda ST verwenden alle dieses Motorlayout.
Motorräder mit Wellenantrieb unterliegen dem Welleneffekt , bei dem das Chassis klettert, wenn Strom angelegt wird. Diesem Effekt, der dem von Motorrädern mit Kettenantrieb entgegengesetzt ist, wird mit Systemen wie dem Paralever von BMW, dem CARC von Moto Guzzi und dem Tetra Lever von Kawasaki entgegengewirkt .
Marine-Antriebswellen
Auf einem Schiff mit Motorantrieb verbindet die Antriebswelle oder Propellerwelle normalerweise den Propeller außerhalb des Schiffes mit der Antriebsmaschinerie im Inneren, wobei sie an der Stelle, an der sie den Rumpf schneidet , durch mindestens eine Wellendichtung oder Stopfbuchse verläuft . Der Schub, die vom Propeller erzeugte Axialkraft, wird durch den Druckblock oder das Drucklager auf das Schiff übertragen , das bei allen außer den kleinsten Booten in den Hauptmotor oder das Hauptgetriebe integriert ist. Wellen können aus Edelstahl oder Verbundwerkstoffen bestehen, je nachdem, auf welchem Schiffstyp sie installiert werden.
Der Teil des Antriebsstrangs, der direkt mit dem Propeller verbunden ist, wird als Heckwelle bezeichnet.
Antriebswellen von Lokomotiven
Die Shay- , Climax- und Heisler -Lokomotiven, die alle im späten 19. Jahrhundert eingeführt wurden, verwendeten Quill-Antriebe , um die Leistung von einem zentral montierten Mehrzylindermotor an jeden der den Motor tragenden Lastwagen zu koppeln. Bei jeder dieser Getriebedampflokomotiven war ein Ende jeder Antriebswelle über ein Universalgelenk mit dem angetriebenen Lastwagen gekoppelt, während das andere Ende über ein zweites Universalgelenk von der Kurbelwelle , dem Getriebe oder einem anderen Lastwagen angetrieben wurde. Ein Quill-Antrieb hat auch die Fähigkeit, in Längsrichtung zu gleiten, wodurch seine Länge effektiv variiert wird. Dies ist erforderlich, damit sich die Drehgestelle beim Durchfahren einer Kurve drehen können.
Kardanwellen werden in einigen Diesellokomotiven (hauptsächlich dieselhydraulische, wie z. B. British Rail Class 52 ) und einigen Elektrolokomotiven (z . B. British Rail Class 91 ) verwendet. Auch in Dieseltriebzügen sind sie weit verbreitet .
Antriebswellen in Fahrrädern
Die Antriebswelle diente im vergangenen Jahrhundert als Alternative zum Kettenantrieb bei Fahrrädern und wurde nie sehr populär. Ein wellengetriebenes Fahrrad (oder "Acatène", von einem frühen Hersteller) hat mehrere Vor- und Nachteile:
Vorteile
- Es ist weniger wahrscheinlich, dass das Antriebssystem klemmt.
- Der Fahrer kann nicht durch Kettenfett verschmutzt oder durch „Kettenbiss“ verletzt werden, wenn sich Kleidung oder ein Körperteil zwischen einer ungeschützten Kette und einem Ritzel verfängt.
- Geringerer Wartungsaufwand als bei einem Kettensystem, wenn die Antriebswelle in einem Rohr eingeschlossen ist.
- Konsequentere Leistung. Dynamic Bicycles behauptet, dass ein Fahrrad mit Antriebswelle einen Wirkungsgrad von 94 % erreichen kann, während ein kettengetriebenes Fahrrad je nach Zustand einen Wirkungsgrad von 75 bis 97 % erreichen kann.
Nachteile
- Ein Antriebswellensystem wiegt mehr als ein Kettensystem, normalerweise 0,5–1 kg (1–2 lb) schwerer.
- Viele der von den Befürwortern der Antriebswelle behaupteten Vorteile können bei einem kettengetriebenen Fahrrad erreicht werden, wie z . B. das Abdecken der Kette und der Ritzel .
- Die Verwendung von leichten Kettenschaltungen mit einer hohen Anzahl von Übersetzungen ist unmöglich, obwohl Nabenschaltungen verwendet werden können.
- Das Entfernen der Räder kann bei einigen Konstruktionen kompliziert sein (wie bei einigen kettengetriebenen Fahrrädern mit Nabenschaltung).
Zapfwellen-Antriebswellen
Antriebswellen sind ein Verfahren zum Übertragen von Leistung von einem Motor und einer Zapfwelle auf eine am Fahrzeug montierte Zusatzausrüstung, wie beispielsweise einen Luftkompressor . Antriebswellen werden verwendet, wenn neben dem Motor nicht genügend Platz für das zusätzliche Zubehör vorhanden ist; Die Welle überbrückt die Lücke zwischen der Motorzapfwelle und dem Zubehör, sodass das Zubehör an anderer Stelle am Fahrzeug montiert werden kann.
Produktion von Antriebswellen
Heutzutage gibt es neue Möglichkeiten für den Produktionsprozess von Antriebswellen. Das Filamentwickel - Produktionsverfahren wird für die Herstellung von Verbundstoff -Antriebswellen immer beliebter. Mehrere Unternehmen in der Automobilindustrie möchten dieses Wissen für ihren Produktionsprozess mit hohen Stückzahlen nutzen.