DE102009009682A1

DE102009009682A1 - Antriebswelle, insbesondere Gelenkwelle, insbesondere für Automobile und Motorräder

Info

Publication number: DE102009009682A1
Application number: DE102009009682A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dullenkopf; Wolfgang Kornprobst; Patrick Tichelmann; Tobias Dickhut; Helmut Prof. Schürmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-08-26

Abstract

Antriebswelle, insbesondere Gelenkwelle, insbesondere für Automobile und Motorräder, mit einem Hohlwellenteil, das einen ersten Wellenabschnitt mit einem ersten Durchmesser, einen zweiten Wellenabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und einen Übergangsabschnitt aufweist, über den der erste Wellenabschnitt mit dem zweiten Wellenabschnitt verbunden ist. Das Hohlwellenteil besteht zumindest teilweise aus einem Faserverbundkunststoffmaterial, wobei der Übergangsabschnitt einen Sollbruchabschnitt bildet, der bei einer vorgegebenen, in Längsrichtung des Hohlwellenteils wirkenden Druckbelastung bricht und somit ein teleskopartiges Eindringen des zweiten Wellenabschnitts in das Innere des ersten Wellenabschnitts ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb ist die Getriebeausgangswelle üblicherweise über eine Antriebs- bzw. Gelenkwelle mit dem Hinterachsgetriebe gekoppelt. Bei einem Unfall, bei dem das Fahrzeug in seiner Längsrichtung zusammengestaucht wird, muss die Antriebswelle ein definiertes Deformationsverhalten aufweisen, um Verformungsenergie abzubauen. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ansätze bekannt, wobei z. B. vorgesehen ist, dass sich die Antriebswelle teleskopartig zusammenschiebt, ausknickt, sich in definierter Weise aufspaltet etc.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Antriebswelle zu schaffen, die im Crashfall in definierter Weise Crashenergie abbaut.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Antriebswelle, insbesondere eine Gelenkwelle, insbesondere für Automobile und Motorräder, die ein Hohlwellenteil mit einem ersten Wellenabschnitt, einem zweiten Wellenabschnitt und einem Übergangsabschnitt aufweist. Der erste Wellenabschnitt weist einen ersten „großen” Durchmesser auf. Der zweite Wellenabschnitt weist einen zweiten Durchmesser auf, der kleiner als der erste Durchmesser ist. Der Übergangsabschnitt befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt und verbindet dieselben miteinander.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Hohlwellenteil zumindest teilweise aus einem Faserverbundkunststoffmaterial besteht, wobei der Übergangsabschnitt einen „Sollbruchabschnitt” bildet, der ab einer vorgegebenen, in Längsrichtung des Hohlwellenteils wirkenden Druckbelastung, wie sie typischerweise bei sehr starken Frontalcrashs oder sehr starken Heckauffahrunfällen auftritt, bricht. Nachdem der Übergangsabschnitt gebrochen ist, kann sich der zweite Wellenabschnitt in das Innere des ersten Wellenabschnitts einschieben. Das Hohlwellenteil kann aus unterschiedlichen Faser-Matrix-Kombinationen bestehen. Es kann insbesondere in Wickeltechnik hergestellt sein.
Im Unterschied zu herkömmlichen Antriebs- bzw. Gelenkwellen aus Stahl kann bei einer aus Faserkunststoffverbundmaterial hergestellten Antriebswelle der Übergangsabschnitt gezielt so gestaltet und dimensioniert werden, dass er oberhalb einer vorgegebenen Druckbelastung zuverlässig in definierter Weise bricht. Das von herkömmlichen aus Metall hergestellten Antriebs- bzw. Gelenkwellen bekannte „Zusammenstülpen” des Übergangsabschnitts wird somit vermieden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung verjüngt sich der Durchmesser des Übergangsabschnitts vom ersten zum zweiten Wellenabschnitt hin in gekrümmter Weise. Der Übergangsabschnitt kann beispielsweise in der Form eines Hyperboloids bzw. in einer einem Hyperboloid ähnelnden Form ausgebildet sein.
Ferner kann im Inneren des zweiten Wellenabschnitts ein Nabenabschnitt mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Längsverzahnung vorgesehen sein. Der Nabenabschnitt kann beispielsweise durch ein in den zweiten Wellenabschnitt eingepresstes und/oder eingeklebtes Nabenelement aus Metall gebildet sein. Der zweite Wellenabschnitt kann im Bereich des Nabenabschnitts zusätzlich verstärkt sein, z. B. durch einen außen am zweiten Wellenabschnitt angeordneten Stützring. Der Stützring kann z. B. auf den zweiten Wellenabschnitt aufgepresst oder aufgewickelt sein. Ferner kann vorgesehen sein, sich der Außenumfang des Stützrings in Richtung zum ersten Wellenabschnitt hin verjüngt, z. B. konisch verjüngt. Der Stützring kann dabei so dimensioniert sein, dass er im Falle eines Crashs eine „Keilwirkung” entfaltet. Nach dem Brechen des Übergangsabschnitts versucht der zweite Wellenabschnitt in das Innere des ersten Wellenabschnitts einzudringen. Wenn der Außenumfang des Stützrings in der oben beschriebenen Weise keilartig gestaltet ist, kommt der Außenumfang des Stützrings im Crashfall zur Anlage mit dem Innenumfang des ersten Wellenabschnitts. Beim Einschieben des zweiten Wellenabschnitts in den ersten Wellenabschnitt weitet der Stützring den ersten Wellenabschnitt zumindest geringfügig radial auf, wodurch in definierter Weise Crashenergie abgebaut wird.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung.
1 zeigt ein Hohlwellenteil 1 einer hier nicht näher dargestellten Antriebs- bzw. Gelenk- bzw. Kardanwelle eines Fahrzeugs. Das Hohlwellenteil 1 weist einen ersten Wellenabschnitt 2, einen zweiten Wellenabschnitt 3 und einen dazwischen liegenden Übergangsabschnitt 4 auf. Der erste Wellenabschnitt 2 weist einen ersten Innendurchmesser D₁ auf, der größer ist als der Innendurchmesser D₂ des zweiten Wellenabschnitts 3. Der die beiden Wellenabschnitte 2, 3 verbindende Übergangsüberschnitt 4 ist in der Form eines Hyperboloids gestaltet, wobei sich der Durchmesser vom ersten Wellenabschnitt 2 zum zweiten Wellenabschnitt 3 hin verjüngt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Hohlwellenteil im Bereich der drei Wellenabschnitte 2, 3, 4 im Wesentlichen dieselbe Wandstärke.
Das Hohlwellenteil 1 ist ganz oder zumindest teilweise aus einem Faserverbundkunststoffmaterial hergestellt. Insbesondere ist der Übergangsabschnitt 4 aus einem Faserverbundkunststoffmaterial hergestellt und so gestaltet und dimensioniert, dass er als Sollbruchabschnitt fungiert. Bei einer Stauchung des Hohlwellenteils, wie sie üblicherweise bei Unfällen auftritt, bei denen das Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung zusammengestaucht wird, bricht der Übergangsabschnitt 4 in definierter Weise, was ein Eindringen des zweiten Wellenabschnitts 3 in das Innere des ersten Wellenabschnitts 2 ermöglicht.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist in das Innere des zweiten Wellenabschnitts 3 ein Nabenteil 5 eingepresst, das an seiner Innenseite eine sich in Längsrichtung 6 des Hohlwellenteils erstreckende Innenverzahnung 7 aufweist. In das Nabenelement 5 kann beispielsweise ein mit einer Keilverzahnung versehener Zapfen eines Antriebs- bzw. Gelenkwellengelenks eingeschoben sein. Das Nabenelement 5 kann zusätzlich mit dem zweiten Wellenabschnitt 3 verklebt sein.
Aus Festigkeitsgründen ist auf dem Außenumfang des zweiten Wellenabschnitts 3 ein Stützring 8 angeordnet, der sich auf einem dem ersten Wellenabschnitt 2 zugewandten Endabschnitt 9 in Richtung des ersten Wellenabschnitts 2 hin verjüngt.
Der Stützring 8 ist so dimensioniert, dass im Falle eines Crashs, d. h. wenn der zweite Wellenabschnitt 3 in den ersten Wellenabschnitt 2 eindringt, der Außenumfang des Stützrings 8 zur Anlage am Innenumfang 10 des ersten Wellenabschnitts 2 kommt, wodurch der erste Wellenabschnitt 2 zumindest geringfügig radial aufgeweitet wird. Durch die beim Einschieben des zweiten Wellenabschnitts 3 in den ersten Wellenabschnitt 2 an den Berührflächen auftretende Reibung wird somit gezielt Crashenergie abgebaut.

Claims

Antriebswelle, insbesondere Gelenkwelle, insbesondere für Automobile und Motorräder, mit einem Hohlwellenteil (1), das einen ersten Wellenabschnitt (2) mit einem ersten Durchmesser (D₁), einen zweiten Wellenabschnitt (3) mit einem zweiten Durchmesser (D₂), der kleiner als der erste Durchmesser (D₁) ist und einen Übergangsabschnitt (4) aufweist, über den der erste Wellenabschnitt (2) mit dem zweiten Wellenabschnitt (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlwellenteil (1) zumindest teilweise aus einem Faserverbundkunststoffmaterial besteht, wobei der Übergangsabschnitt (4) einen Sollbruchabschnitt bildet, der bei einer vorgegebenen in Längsrichtung des Hohlwellenteils (1) wirkenden Druckbelastung bricht und somit ein teleskopartiges Eindringen des zweiten Wellenabschnitts (4) in das Innere des ersten Wellenabschnitts (2) ermöglicht.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Übergangsabschnitts (4) vom ersten zum zweiten Wellenabschnitt (2, 3) hin gekrümmt verjüngt.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (4) hyperbolisch oder einem Hyperboloid ähnelnd gekrümmt ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des zweiten Wellenabschnitts (3) ein Nabenabschnitt (5) mit einer sich in Längsrichtung (6) erstreckenden Längsverzahnung (7) vorgesehen ist.
Antriebswelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenabschnitt (5) durch ein in den zweiten Wellenabschnitt (3) eingepresstes Nabenelement (5) gebildet ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Nabenabschnitts (5) auf dem Außenumfang des zweiten Wellenabschnitts (3) ein Stützring (8) angeordnet ist.
Antriebswelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (8) auf den zweiten Nabenabschnitt (3) aufgepresst oder aufgewickelt ist.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (8) einen dem ersten Wellenabschnitt (2) zugewandten Endabschnitt aufweist, der sich in Richtung des ersten Wellenabschnitts (2) hin verjüngt.
Antriebswelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (8) einen Außendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser (D₁) des ersten Wellenabschnitts (2) entspricht oder der etwas größer als der Innendurchmesser (D₁) des ersten Wellenabschnitts (2) ist.