DE102008048388A1

DE102008048388A1 - Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008048388A1
Application number: DE102008048388A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang LÖBEL; Sven Lehmann; Frank Pflanzer
Original assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: CN101712278A; US8187108B2; DE102008048388B4; CN101712278B; KR101093922B1; US20100081511A1; KR20100033942A

Abstract

Längswellenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), zumindest aufweisend eine erste Welle (3) und eine zweite Welle (4), ein Kugelgleichlaufdrehgelenk (5) zur Verbindung der ersten Welle (3) mit der zweiten Welle (4), sowie zumindest ein Mittellager (6) zur Abstützung der Längswellenordnung (1) gegenüber einer Karosserie (7) des Kraftfahrzeuges (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle vorgesehen sind, die über ein Kugelgleichlaufdrehgelenk miteinander verbunden sind, um eine Antriebsseite des Kraftfahrzeugs mit einer Abtriebsseite des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Die Längswellenanordnung wird regelmäßig zur Übertragung der Antriebskraft vom Antrieb (z. B. Motor und/oder Getriebe) zum Abtrieb (z. B. Differential, Achsgetriebe, Getriebe) des Kraftfahrzeugs eingesetzt, wobei die Längswellenanordnung sich in Richtung des Fahrzeugs erstreckt und bei Einbau des Antriebs im vorderen Bereich des Fahrzeugs die Antriebskraft auf die hinteren Räder überträgt bzw. bei Anordnung des Antriebs im hinteren Bereich die Antriebskraft auf die vorderen Räder überträgt.
Längswellenanordnungen stellen im Kraftfahrzeug eine steife Konstruktion dar, die insbesondere hinsichtlich ihres Crash-Verhaltens auszulegen ist. Ein wesentlicher Schwerpunkt bei der Auslegung von Längswellenanordnungen ist daher, dass keine Komponente der Längswellenanordnung sich derart aus der Längswellenanordnung löst, dass sie andere Fahrzeugbereiche durchdringen würde. So soll insbesondere vermieden werden, dass Teile der Längswellenanordnung in den Fahrgastinnenraum und/oder den Kraftstofftank eindringen, wodurch eine zusätzliche Verletzungsgefahr für Fahrzeuginsassen oder Brandgefahr durch austretenden Treibstoff auftreten könnte.
Solche Längswellenanordnungen weisen zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle auf, über die die Antriebskraft des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Die Wellen werden dabei über ein Kugelgleichlaufdrehgelenk miteinander verbunden, das bevorzugt über einen begrenzten Axialverschiebebereich verfügt.
Durch den Axialverschiebebereich des Kugelgleichlaufgelenkes werden Bewegungen von einzelnen Komponenten der Längswellenanordnung oder des Kraftfahrzeuges in Längsrichtung des Fahrzeugs kompensiert. Zudem werden durch das Kugelgleichlaufgelenk auftretende Verschränkungen der Wellen zueinander durch Beugung des Kugelgleichlaufgelenkes ausgeglichen.
Zur Lagerung der Längswellenanordnung an dem Kraftfahrzeug ist regelmäßig an der Längswellenanordnung ein Mittellager vorgesehen, das an zumindest einer Welle angeordnet ist. Dieses zur Führung der Längwellenanordnung notwendige Lager dient zusätzlich der Dämpfung und Reduzierung der auftretenden Schwingungen der Längswellenanordnung.
Längswellenanordnungen der vorgenannten Art sind auf den jeweiligen Einsatzfall, insbesondere hinsichtlich der zu übertragenden Antriebskraft auszulegen. Weitere Parameter sind unter anderem: Baulänge der Längswellenanordnung, Platzangebot im Kraftfahrzeug, Gewicht des Kraftfahrzeuges, Crashanforderungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Längswellenanordnung bereitzustellen, die in einem Crash-Fall, insbesondere simuliert durch Fahrzeugcrashversuche bzw. Komponentencrashversuche der Längswellenanordnung, wegabhängig erst nur geringe Verformungskräfte bzw. Verformungskraft-Spitzen erzeugt, und später die maximal möglichen Verformungskräfte aufnehmen kann. Weiterhin soll eine Längswellenanordnung angegeben werden, durch die die Variantenvielfalt der einzelnen Komponenten der Längswellenanordnung eingeschränkt werden kann.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Längswellenanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Längswellenanordnung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Vorliegend wird die Aufgabe durch eine Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, ein Kugelgleichlaufdrehgelenk zur Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle sowie zumindest ein Mittellager zur Abstützung der Längswellenanordnung gegenüber einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, wobei die Längswellenanordnung hinsichtlich eines Ineinanderschiebens durch einen Crashfall ausgelegt ist, wobei Verformungskräfte von weniger als 80 kN (80.000 Newton) erzeugt werden und gleichzeitig wegabhängig eine möglichst hohe Verformungsenergie durch die Längswellenanordnung aufgenommen wird.
Die Längswellenanordnung umfasst insbesondere eine erste Welle, die wenigstens zum Teil als Hohlwelle ausgeführt ist, um bei leichter Bauart eine möglichst große Biegesteifigkeit aufzuweisen und gleichzeitig hohe Drehmomente übertragen zu können, und ist über ein Mittellager, insbesondere in Form eines Wälzlagers, mit der Karosserie verbunden, so dass die Längswellenanordnung über die erste Welle und das Mittellager an der Karosserie des Kraftfahrzeuges abgestützt ist. Das Wälzlager weist einen Innenring und einen Außenring mit dazwischen angeordneten Rollkörpern auf, wobei der Innenring auf der dem Umfang der ersten Welle angeordnet ist. Der Außenring des Wälzlagers ist mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden. Das Wälzlager stützt sich zumindest mit seinem Innenring gegen einen zweiten Anschlag auf der ersten Welle ab. Auf der dem zweiten Anschlag gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers setzt sich die erste Welle insbesondere in Form eines Zapfens fort, dessen Ende das Gelenkinnenteil eines Kugelgleichlaufdrehgelenks aufnimmt. Das Kugelgleichlaufdrehgelenk ist mit seinem Gelenkaußenteil in einer zweiten Welle aufgenommen, die sich zumindest abschnittsweise als hohle Welle in Längsrichtung weiter fortsetzt.
Im Crashfall, insbesondere im Rahmen eines Crashversuches des Kraftfahrzeuges oder nur einzelner Komponenten, bevorzugt bei einem Frontalcrash (EURO-NCAP, US-NCAP, IIHS, FMVSS 208), durch den die Längswellenanordnung in Längsrichtung verkürzt wird, taucht die erste Welle mit dem Zapfen und dem Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufdrehgelenks in die zweite (Hohl-)Welle ein. Dabei stützen sich die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenkes im Gelenkaußenteil des Kugelgleichlaufdrehgelenks ab, so dass ein gegebenenfalls vorhandener Kugelkäfig durch die auftretenden Axialkräfte gesprengt wird. Die erste Welle taucht nun weiter in die zweite Welle ein während die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenks durch Anschläge der zweiten Welle und/oder Durchmesserreduzierungen der zweiten Welle in ihren axialen Positionen bleiben und sich gegenüber der ersten Welle in Richtung des Mittellagers bewegen. Gegebenenfalls können Deckelelemente innerhalb der zweiten Welle vorgesehen sein, die dann durch den Zapfen der ersten Welle durchstoßen, wobei weitere Verformungsenergie abgebaut wird. Ebenso kann das Gelenkaußenteil geschlossen ausgeführt sein, also mit einseitigem integriertem Deckel.
Durch ein weiteres Eintauchen der ersten Welle in die zweite Welle werden die Kugeln von dem Innengelenkteil des Kugelgleichlaufdrehgelenkes auf die Zapfenoberfläche der ersten Welle geschoben und sind somit auf einem insbesondere kleineren Durchmesser (Zapfen der erste Welle) angeordnet. Durch die Bewegung der Kugeln in radialer Richtung nach innen lösen sich die Kugeln von den Anschlägen und/oder Durchmesserreduzierungen des Gelenkaußenteils des Kugelgleichlaufdrehgelenkes und/oder der zweiten (Hohl-)Welle und können somit zusammen mit der ersten Welle weiter in die zweite Welle eindringen. Die Kugeln kommen dann direkt vor einem zweiten Anschlag auf dem Umfang der ersten Welle oder insbesondere vor dem Wälzlager an der ersten Welle zur Anlage und werden zwischen dem zweiten Anschlag oder dem Wälzlager und einer weiteren Durchmesserreduzierung der zweiten Welle derart geklemmt, dass eine Erhöhung der Axialkraft erfolgt. Gegebenenfalls wird in dieser Position der äußere Wälzlagerring gesprengt, so dass sich die Kugeln an dem Innenring des Wälzlagers und an einer Durchmesserreduzierung der zweiten Welle abstützen.
Infolge des gegenüber den Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenkes rückseitig angeordneten zweiten Anschlags des Wälzlagerinnenrings auf der ersten Welle, werden die Kugeln nun mit der ersten Welle in die zweite Welle axial hinein bewegt und weiten eine entsprechend ausgeführte Durchmesserreduzierung der zweiten (Hohl-)Welle in axialer Richtung auf. Die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenkes verdrängen dabei an ihren jeweiligen Positionen lokal die Wandung der zweiten Welle und bauen auf diese Weise die vorhandene Crashenergie durch Verformungsarbeit der zweiten Welle ab. Durch die vorhandene Führungslänge der ineinander geschobenen Wellen, der Anpassung der Kugeldurchmesser sowie der Lage der Kugeln auf einem Umfang mit definiertem Durchmesser und durch die Ausführung der Durchmesserreduzierung der zweiten Welle kann eine maximal mögliche Axialkraft derart eingestellt werden, dass einerseits eine Auslenkung der Wellen der Längswellenanordnung vermieden wird und andererseits ein Höchstmaß an Crashenergie durch Verformungsarbeit abgebaut wird.
Durch die Führung der ersten Welle beim Eintauchen in die zweite Welle mittels der Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenks wird ein Auslenken der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle verhindert, so dass ein gerichtetes Ineinanderschieben der Längswellenanordnung ermöglicht ist. Dabei sind insbesondere die Wanddicken der ersten Welle und der zweiten Welle sowie die Anschläge und Durchmesserreduzierungen genau auf die jeweiligen Komponenten der Längswellenanordnung angepasst, so dass in vorbestimmter Weise die vorhandene Crashenergie durch einstellbare Verformungskräfte der Längswellenanordnung insbesondere stufenweise abgebaut wird. Damit werden einerseits hohe Verformungskräfte während des Crashs vermieden, die zu einem Auslenken von Komponenten der Längswellenanordnung in das Fahrzeuginnere führen können während eine ausreichende Führungslänge innerhalb der Längswellenanordnung noch nicht gegeben ist, und andererseits ein Höchstmaß an Verformungsenergie verbraucht, da die Längswellenanordnung in vorbestimmten Wegabschnitten maximal mögliche Verformungskräfte zulässt.
Die eingangs gestellten Aufgaben werden weiter durch eine Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, wobei die erste Welle einen Zapfen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, ein Kugelgleichlaufdrehgelenk zur Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle, wobei das Kugelgleichlaufdrehgelenk am zweiten Ende montiert ist, sowie mindestens ein Mittellager zur Abstützung der Längswellenanordnung gegenüber einer Karosserie, wobei das Mittellager zumindest ein Wälzlager aufweist, das am ersten Ende des Zapfens auf der ersten Welle montiert ist, wobei unmittelbar vor dem Wälzlager eine umlaufende Tauchnut auf dem Zapfen vorgesehen ist, in der in einem Crashfall Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenks zumindest zeitweise zum Liegen kommen, wobei die Tauchnut ein Bereich des Zapfens mit einem reduziertem ersten Durchmesser ist.
Auch bei dieser erfindungsgemäßen Längswellenanordnung ist das Wälzlager des Mittellagers mit dem Innenring gegen einen Absatz der ersten Welle abgestützt.
Die umlaufende Tauchnut ist dementsprechend auf der Seite des Wälzlagers vorgesehen, die dem Kugelgleichlaufdrehgelenk der Längswellenanordnung zugewandt ist, so dass zwischen dem Wälzlager und dem Kugelgleichlaufdrehgelenk der Zapfen der ersten Welle angeordnet ist, an dem entlang sich im Crashfall die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenks bewegen. Durch die Reduzierung des Durchmessers in dem Bereich des Zapfens, der die Tauchnut bildet, werden die Kugeln auf einen kleineren ersten Durchmesser vor dem Wälzlager geführt. Hiermit ist bei gleicher Anordnung der einzelnen Komponenten gegenüber herkömmlichen Längswellenanordnungen die Möglichkeit gegeben, geringere Verformungskräfte zu erzeugen und damit ein mögliches Auslenken der Wellen der Längswellenanordnung während des Ineinanderschiebens der Wellen in Folge eines Crashfalls zu verhindern. Diese geringeren Verformungskräfte resultieren in erster Linie daraus, dass die Kugeln sich zwischen dem Wälzlager und den Durchmesserreduzierungen der zweiten Welle abstützen und infolge der Anordnung der Kugeln in der Tauchnut eine geringere Verformung der zweiten Welle, insbesondere in einer ersten Durchmesserreduzierung der zweiten Welle, erfolgt. Dadurch sinken die maximalen Verformungskräfte. Insbesondere wird so eine Längswellenanordnung erreicht, bei der im Crashfall Verformungskräfte kleiner 80 kN, insbesondere kleiner 60 kN, erzeugt werden und gleichzeitig wegabhängig eine möglichst hohe Verformungsenergie durch die Längswellenanordnung verbraucht wird.
Durch die Tauchnut wird also erreicht, dass (bei sonst baugleicher Ausführung der Längswellenanordnung) die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenkes beim Ineinanderschieben der Wellen der Längswellenanordnung auf einem geringerem Durchmesser angeordnet sind (in der Tauchnut), so dass die zweite Welle nun in geringerem Maße, insbesondere im Bereich einer ersten Durchmesserreduzierung, verformt wird. Damit wird sichergestellt, dass die Wandung der zweiten Welle, insbesondere im Bereich einer ersten Durchmesserreduzierung, nur soweit ver formt wird, dass ein Aufreißen der Wandung, und ein damit verbundener Verlust der Führung der Kugeln zwischen Zapfen und zweiter Welle, vermieden wird. Die Wandung der zweiten Welle bleibt durch die Einführung einer Tauchnut somit geschlossen und verhindert damit, bei gleichzeitigem maximal möglichem Abbau der Crashenergie durch Verformungsarbeit ein Auslenken einer Komponente der Längswellenanordnung aus der Längsrichtung des Kraftfahrzeuges. Die Koaxialität von erster Welle und zweiter Welle bleibt somit durch die Führung des Zapfens der ersten Welle durch die Kugeln des Kugelgleichlaufdrehgelenkes, die sich ihrerseits an der Wandung der zweiten Welle abstützen, während des Ineinanderschiebens der Wellenerhalten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Längswellenanordnung ist ein erster Durchmesser der Tauchnut zumindest so groß wie ein kleinster kraftübertragender zweiter Durchmesser der ersten Welle. Der erste Durchmesser der Tauchnut sollte nicht den kleinsten Durchmesser der ersten Welle darstellen. Daher ist der erste Durchmesser der Tauchnut derart auszulegen, dass er zumindest so groß ist wie ein kleinster kraftübertragender zweiter Durchmesser der ersten Welle, der insbesondere im Bereich der Verbindung zwischen Zapfen und Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufdrehgelenks vorliegt. Diese Verbindung zwischen Zapfen und Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufdrehgelenks wird bevorzugt formschlüssig durch eine Verzahnung ausgeführt, kann jedoch auch kraftschlüssig durch eine entsprechende Presspassung des Gelenkinnenteils auf dem Zapfen erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Welle eine erste Durchmesserreduzierung und zumindest eine zweite Durchmesserreduzierung auf. Es können insbesondere weitere Durchmesserreduzierungen vorgesehen sein, die im Bereich des Kugelgleichlaufdrehgelenks im Gelenkaußenteil zur Begrenzung der Axialverschiebung des Kugelgleichlaufdrehgelenks vorgesehen sind. Die erste und zweite Durchmesserreduzierung der zweiten Welle sind daher beabstandet zum Kugelgleichlaufdrehgelenk angeordnet und insbesondere an die die Längswellenanordnung umgebenden Teile des Kraftfahrzeugs angepasst. Wenn verschiedene Durchmesserreduzierungen vorgesehen werden ist es insbesondere möglich, die auftretenden Verformungskräfte durch das stufenweise Ineinanderschiebender Wellen zu verändern und in definierter Art und Weise Crashenergie durch Verformungsarbeit abzubauen. Gleichzeitig wird verhindert, dass durch eine zu große Durchmesserreduzierung die Wandung der zweiten Welle infolge der Verformung durch die Kugeln aufreißt und damit ihre Führungseigenschaften bei dem fortschreitenden Ineinanderschieben verliert.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sind. Für gleiche Gegenstände werden in den Figuren auch gleiche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen schematisch:
1: eine erste Ausführungsform einer Längswellenanordnung;
2: die erste Ausführungsform der Längswellenanordnung bei einer Ineinanderschiebung;
3: ein Detail der 2;
4: eine zweite Ausführungsform der Längswellenanordnung in einer Detailansicht während des Ineinanderschiebens in Folge eines Crashfalls; und
5: die zweite Ausführungsform der Längswellenanordnung vor der Ineinanderschiebung.
1 zeigt eine Längswellenanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs 2, wobei die Fahrtrichtung 20 des Kraftfahrzeugs 2 im unteren Teil der 1 gezeigt ist. Die Längswellenanordnung 1 setzt sich zumindest aus einer ersten Welle 3 und einer zweiten Welle 4 zusammen, die über das in der Mitte gezeigte Kugelgleichlaufdrehgelenk 5, hier als axiales Verschiebegelenk dargestellt, miteinander verbunden sind. Die erste Welle 3 setzt sich dabei selbst aus mehreren Bauteilen zusammen, wie in der 1 verdeutlicht. Insbesondere ist an der ersten Welle 3 ein weiteres Kugelgleichlaufdrehgelenk an einem Zapfen der ersten Welle 3 angeordnet, hier links in 1 gezeigt. An dem anderen Ende der ersten Welle 3 ist ein Zapfen 9 vorgesehen, der sich in das Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 der Längswellenanordnung 1 hinein erstreckt. Dieser Zapfen 9, der einerseits mit seinem zweiten Ende 11 mit dem Gelenkinnenteil 23 des Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 und andererseits mit dem ersten Hohlwellenanteil 29 der ersten Welle 3 verbunden ist, weist auf seinem ersten Ende 10 ein Wälzlager 12 auf, das mit seinem Innenring 21 mit dem Zapfen 9 verbunden ist und mit seinem Außenring 22 an einer Abstützung 31 der Karosserie 7 befestigt ist. Durch das Wälzlager 12 wird ein Mittellager 6 der Längswellenanordnung 1 gebildet, durch das die Längswellenanordnung 1 an der Karosserie 7 des Kraftfahrzeugs 2 angebunden und gleichzeitig schwingungstechnisch gedämpft ist.
Auch die zweite Welle 4 weist mehrere Komponenten auf, u. a. an einem Ende einen Anschluss an eine Antriebs- oder Abtriebskomponente, rechts in 1 gezeigt, einen zweiten Hohlwellenanteil 30 der zweiten Welle 4 und an einem anderen Ende ein Gelenkaußenteil 24 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5, hier als Axialverschiebegelenk ausgeführt. Dabei können innerhalb der zweiten Welle 4 Deckel 28 vorgesehen sein, die einerseits die Abdichtung des Kugelgleichlaufdreh gelenks 5 vornehmen, andererseits dem Abbau von Crashenergie dienen, da beim Eintauchen der ersten Welle 3 in die zweite Welle 4 der Zapfen 9 die Deckel 28 durchstoßen muss. Weiterhin weist die zweite Welle 4 eine erste Durchmesserreduzierung 18 auf, die insbesondere an die Formen und Ausführungen der umliegenden Karosserie 7 angepasst ist. Zur Funktion dieser ersten Durchmesserreduzierung 18 folgen später nähere Erläuterungen.
Das Kugelgleichdrehgelenk 5 ist mit dem Gelenkinnenteil 23 mit der ersten Welle 3 und mit dem Gelenkaußenteil 24 mit der zweiten Welle 4 verbunden. Das Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 ist hier als Axialverschiebegelenk ausgeführt, so dass das Gelenkinnenteil 23 sich gegenüber dem Gelenkaußenteil 24 axial bewegen lässt. Die Antriebskräfte werden über Kugeln 14 von Gelenkaußenteil 24 zu Gelenkinnenteil 23 (oder umgekehrt) übertragen, wobei insbesondere ein Käfig 25 zur Führung der Kugeln 14 innerhalb des Kugelgleichlaufdrehgelenkes 5 vorgesehen ist.
2 zeigt eine Längswellenanordnung 1 gemäß der 1 nach der Ineinanderschiebung 8 infolge eines Crashfalls, infolgedessen die erste Welle 3 der Längswellenanordnung 1 in die zweite Welle 4 in der dargestellten Art und Weise eingeschoben wird. Durch die kraftschlüssige bzw. zumindest teilweise formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Ende 11 der ersten Welle 3 und dem Gelenkinnenteil 23 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 wird mit der ersten Welle 3 auch zumindest das Gelenkinnenteil 23 in die zweite Welle 4 eingeschoben.
Infolge der Ineinanderschiebung 8 wird u. a. der Käfig 25 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 gesprengt, so dass die Kugeln 14 im Zuge der Ineinanderschiebung 8 von dem Gelenkinnenteil 23 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 auf den Zapfen 9 geschoben werden. Dieses Ablösen der Kugeln 14 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 aus dem Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 unter Sprengung des Käfigs 25 wird insbesondere hervorgerufen durch einen ersten Anschlag 27 des Gelenkaußenteils 24 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5. Die Kugeln 14 werden während der Ineinanderschiebung 8 in Richtung des Wälzlagers 12, das auf der ersten Welle 3, insbesondere auf dem ersten Ende 10 des Zapfens 9, befestigt ist, bewegt und kommen vor dem Wälzlager 12 zum Liegen. Durch das Wälzlager 12 werden die Kugeln 14 während der Ineinanderschiebung 8 nun mit der ersten Durchmesserreduzierung 18 der zweiten Welle 4 in Kontakt gebracht, wobei hier ein weiterer großer Teil der Crashenergie durch Verformungsarbeit der Wandung 26 der zweiten Welle 4 im Bereich der ersten Durchmesserreduzierung 18 im Folgenden aufgebraucht wird. Die Kugeln 14 werden im Verlauf der Ineinanderschiebung 8 gegen die Durchmesserreduzierung 18 gedrückt und verformen die Wandung 26 der zweiten Welle 4. Dabei hat die zweite Welle 4 insbesondere eine Führungseigenschaft gegenüber der ersten Welle 3 zu erfüllen, die durch Anordnung der Kugeln 14 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 zwischen Zapfen 9 bzw. Wälzlager 12 der ersten Welle 3 und der Wandung 26 der zweiten Welle 4 bzw. der ersten Durchmesserreduzierung 18 der zweiten Welle 4 erzeugt wird. Bei der Ineinanderschiebung 8 der Längswellenanordnung 1 und der folgenden Eintauchbewegung der ersten Welle 3 in die zweite Welle 4 werden auch insbesondere vorgesehene Deckel 28 in der zweiten Welle 4 durchstoßen bzw. verschoben, so dass auch hierdurch ein großes Maß an Crashenergie durch Verformungsarbeit abgebaut werden kann.
3 zeigt ein Detail von 2 in vergrößerter Darstellung. 3 zeigt die Anordnung der Kugeln 14 vor dem Wälzlager 12 auf dem Zapfen 9 infolge der Ineinanderschiebung 8, wobei die Kugeln 14 zwischen Wälzlager 12 und einer ersten Durchmesserreduzierung 18 der zweiten Welle 4 fixiert sind. Dabei stützt sich das Wälzlager 12 formschlüssig einerseits gegen die erste Welle 3 ab, wobei sich, wie hier dargestellt, die Kugeln 14 in erster Linie gegen den Außenring 22 des Wälzlagers 12 abstützen. Dies kann gegebenenfalls zu einem Bruch des Außen ringes 12 führen, der ebenfalls ein hohes Maß an Crashenergie aufnehmen kann. Nach dem Bruch des Außenringes 22 werden die Kugeln zwischen Innenring 21 und erster Durchmesserreduzierung 18 eingeklemmt. Durch die Abstützung des Innenringes 21 gegen den zweiten Anschlag 32 auf der Welle 3 wird bei fortschreitender Ineinanderschiebung der Längswellenanordnung 1 die Wandung 26 der zweiten Welle 4 im Bereich der ersten Durchmesserreduzierung 18 verformt.
4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Längswellenanordnung 1, wobei hier das bereits in 3 vergrößert dargestellte Detail in einer weiteren Ausgestaltung gezeigt ist. Der Zapfen 9 der ersten Welle 3 ist bereits durch eine Ineinanderschiebung 8 in das Innere der zweiten Welle 4 eingedrungen, wobei sich die Kugeln 14 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 bereits gegen die erste Durchmesserreduzierung 18 der zweiten Welle 4 auf der einen Seite abstützen und auf der anderen Seite gegen den Innenring 21 des Wälzlagers 12, der auf dem ersten Ende 10 des Zapfens 9 der Welle 3 angeordnet ist. Dabei ist in einem Bereich 15 des Zapfens 9 der ersten Welle 3 eine Tauchnut 13 vorgesehen mit einem ersten Durchmesser 16, so dass die Kugeln 14 auf einem möglichst geringen ersten Durchmesser 16 zum Liegen kommen, bevor sie einen wesentlichen Teil der Crashenergie durch Verformungsarbeit verbrauchen infolge der Verformung der Wandung 26 der zweiten Welle 4. Im oberen Teil der 4 ist ebenfalls die Lage der Kugeln 14 ohne Tauchnut 13 angedeutet, wobei deutlich erkennbar ist, dass die Anlage der Kugel 14 an der ersten Durchmesserreduzierung 18 in einem außen gelegenen Bereich der infolge der Tauchnut 13 auftretenden Kontaktierung angeordnet ist. Durch diese weiter innen liegende Anordnung der Kugeln 14 wird eine geringere Verformung der Wandung 26 der zweiten Welle 4 durch die Kugeln 14 erreicht, so dass ein Versagen der zweiten Welle 4 in Form des Aufreißens der Wandung 26 verhindert wird und so ein Höchstmaß an Crashenergie durch kontinuierliche (stufenweise) Verformung verbraucht werden kann. Insbesondere kann so auch die Führung der ersten Welle 3 durch die Kugeln 14 und die Wandung 26 der zweiten Welle 4 während der gesamten Ineinanderschiebung 8 gesichert werden.
Bei der Auslegung des ersten Durchmessers 16 der Tauchnut 13 ist insbesondere zu beachten, dass dieser erste Durchmesser 16 zumindest gleich groß wie der kleinste kraftübertragende zweite Durchmesser 17 gestaltet ist, der zumeist an der Verbindung zwischen Zapfen 9 und dem Gelenkinnenteil 21 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 vorgesehen ist. Durch eine solche Ausgestaltung des ersten Durchmessers 16 wird erreicht, dass der Zapfen 9 nicht in dem Bereich 15 der Tauchnut 13 versagt, sondern, wenn überhaupt, im Bereich des zweiten Durchmessers 17.
5 zeigt eine Längswellenanordnung 1 gemäß der 4 vor einer Ineinanderschiebung 8, wobei eine Tauchnut 13 auf dem Zapfen 9 der ersten Welle 3 im Bereich vor dem Wälzlager 12 des Mittellagers 6 vorgesehen ist. Auch hier ist der Zapfen 9 mit einem ersten Ende 11 mit einem Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 verbunden und mit einem ersten Ende 10 mit dem Wälzlager 12 des Mittellagers 6. Infolge der Fahrtrichtung 20 ergibt sich im Crashfall (Frontalcrash) des Kraftfahrzeuges 2 eine Ineinanderschiebung 8, so dass die Kugeln 14 in der in 4 gezeigten Art in der Tauchnut 13 des Zapfens 9 zum Liegen kommen und so ein Höchstmaß an Verformungsenergie mit der Wandung 26 erzeugen können und so die Crashenergie in bevorzugter Art und Weise reduzieren. Dabei ist bei der zweiten Welle 4 eine erste Durchmesserreduzierung 18 und eine zweite Durchmesserreduzierung 19 vorgesehen, durch die die aufzubringende Verformungsarbeit in vorbestimmter Art und Weise und unter Vermeidung von Kraftspitzen durch die Längswellenanordnung 1 aufgebracht werden kann.
Durch die Tauchnut 13 wird weiter erreicht, dass auch größere Kugelgleichlaufdrehgelenke 5 bei sonst baugleichen Komponenten der Längswellenanordnung 1 eingesetzt werden können, da die Kugeln 14 im Vergleich zum Zapfen 9 ohne Tauchnut 13 die gleichen Kontaktpunkte mit der ersten bzw. der zweiten Durchmesserreduzierung 18, 19 aufweisen, infolge der tieferen Anordnung der Kugeln 14 in der Tauchnut 13. Somit wäre für diesen Fall nur das Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 und die Anschlusskonstruktion des Gelenkaußenteils 24 zur zweiten Welle 4 spezifisch anzupassen, weil zusätzlich der Zapfen 9 der ersten Welle 3 eine entsprechende Tauchnut 13 aufweist, um die größeren Kugeln 14 des größeren Kugelgleichlaufdrehgelenks 5 aufzunehmen und deren Größe zu kompensieren. Hier wird z. B. angenommen, dass die Längswellenanordnung 1 mit kleinerem Kugelgleichlaufdrehgelenk 5 und entsprechendem Zapfen 9 ohne Tauchnut 13 bereits entsprechende Crashversuche erfolgreich absolviert hat, so dass durch den Ersatz der angeführten Komponenten eine Längswellenanordnung 1 bereitgestellt werden kann, die insbesondere in gleichen Kraftfahrzeugen 2 mit unterschiedlicher Antriebsleistung ohne zusätzliche aufwändige Testprogramme eingesetzt werden kann.
Für die vorgeschlagene Längswellenanordnung 1 ist die Ausrichtung im Kraftfahrzeug 2 unerheblich, sie kann in der dargestellten Weise auch bei umgekehrter Fahrtrichtung 20 verbaut werden.

1: Längswellenanordnung
2: Kraftfahrzeug
3: Erste Welle
4: Zweite Welle
5: Kugelgleichlaufdrehgelenk
6: Mittellager
7: Karosserie
8: Ineinanderschiebung
9: Zapfen
10: Erstes Ende
11: Zweites Ende
12: Wälzlager
13: Tauchnut
14: Kugeln
15: Bereich
16: Erster Durchmesser
17: Zweiter Durchmesser
18: Erste Durchmesserreduzierung
19: Zweite Durchmesserreduzierung
20: Fahrtrichtung
21: Innenring
22: Außenring
23: Gelenkinnenteil
24: Gelenkaußenteil
25: Käfig
26: Wandung
27: Erster Anschlag
28: Deckel
29: Erster Hohlwellenanteil
30: Zweiter Hohlwellenanteil
31: Abstützung
32: Zweiter Anschlag

Claims

Längswellenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), zumindest aufweisend eine erste Welle (3) und eine zweite Welle (4), ein Kugelgleichlaufdrehgelenk (5) zur Verbindung der ersten Welle (3) mit der zweiten Welle (4), sowie zumindest ein Mittellager (6) zur Abstützung der Längswellenordnung (1) gegenüber einer Karosserie (7) des Kraftfahrzeuges (2), wobei die Längswellenanordnung (1) hinsichtlich einer Ineinanderschiebung (8) durch einen Crashfall ausgelegt ist, wobei Verformungskräfte von weniger als 80 kN erzeugt werden und gleichzeitig wegabhängig eine möglichst hohe Verformungsenergie durch die Längswellenanordnung (1) verbraucht wird.
Längswellenanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), zumindest aufweisend eine erste Welle (3) und eine zweite Welle (4), wobei die erste Welle (3) einen Zapfen (9) mit einem ersten Ende (10) und einem zweiten Ende (11) aufweist, ein Kugelgleichlaufdrehgelenk (5) zur Verbindung der ersten Welle (3) mit der zweiten Welle (4), wobei das Kugelgleichlaufdrehgelenk (5) am zweiten Ende (11) montiert ist, sowie zumindest ein Mittellager (6) zur Abstützung der Längswellenordnung (1) gegenüber einer Karosserie (7), wobei das Mittellager (6) zumindest ein Wälzlager (12) aufweist, das am ersten Ende (10) des Zapfens (9) auf der ersten Welle (3) montiert ist, wobei unmittelbar vor dem Wälzlager (12) eine umlaufende Tauchnut (13) auf dem Zapfen (9) vorgesehen ist, in der in einem Crashfall Kugeln (14) des Kugelgleichlaufdrehgelenkes (5) zumindest zeitweise zum Liegen kommen, wobei die Tauchnut (13) ein Bereich (15) des Zapfens (9) mit einem reduzierten ersten Durchmesser (16) ist.
Längswellenordnung (1) nach Patentanspruch 2, wobei ein erster Durchmesser (16) der Tauchnut (13) zumindest so groß ist wie ein kleinster Kraftübertragender zweiter Durchmesser (17) der ersten Welle (3).
Längswellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zweite Welle (4) eine erste Durchmesserreduzierung (18) und zumindest eine zweite Durchmesserreduzierung (19) aufweist.
Kraftfahrzeug (2) mit einer Längswellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.