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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 eines Drehmoments 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. Bei Einbau des Antriebs im vorderen Bereich des Fahrzeugs überträgt die Längswellenanordnung das Drehmoment auf die hinteren Räder bzw. bei Anordnung des Antriebs im hinteren Bereich die Antriebskraft auf die vorderen Räder.
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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. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass die Längswellenanordnung während einer Verformung im Crashfall Verformungsenergie (nur) im beabsichtigen Maße, insbesondere kontinuierlich, aufnimmt.
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Solche Längswellenanordnungen weisen zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle auf, über die die Drehmomente des Antriebs des Kraftfahrzeuges übertragen werden. Die Wellen werden dabei über ein Kugelgleichlaufdrehgelenk miteinander verbunden, das bevorzugt über einen begrenzten Verschiebebereich in einer axialen Richtung verfügt. Durch den Verschiebebereich des Kugelgleichlaufgelenkes werden die im üblichen Betrieb auftretenden Bewegungen von einzelnen Komponenten der Längswellenanordnung oder des Kraftfahrzeuges in Längsrichtung des Fahrzeugs (die axiale Richtung) kompensiert. Zudem werden durch das Kugelgleichlaufgelenk auch im Betrieb auftretende Verschränkungen der Wellen zueinander durch Beugung des Kugelgleichlaufgelenkes ausgeglichen. Der Verschiebebereich und der Verschwenkbereich der Längswellenanordnung sind anwendungsspezifisch ausgelegt und beschränkt. Gerade im Automobilbereich kann beispielsweise von einem Verschiebebereich der Längswellenanordnung von (insgesamt) 30 mm bis 65 mm [Millimeter] ausgegangen werden. Im gleichen Anwendungsfall kann von einem Verschwenkbereich von 0° bis 4° bzw. sogar bis 8° [Winkelgrad] ausgegangen werden. Wird der Verschiebeweg eines Gelenks in der Längswellenanordnung betrachtet, so ergibt sich hier beispielsweise für denselben Anwendungsfall ein Gelenk-Verschiebebereich von 10 mm bis 20 mm [Millimeter].
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Zur Lagerung der Längswellenanordnung an dem Kraftfahrzeug ist regelmäßig an der Längswellenanordnung ein Mittellager vorgesehen, das an zumindest einer der Wellen angeordnet ist. Dieses zur Führung der Längswellenanordnung notwendige Mittellager dient zusätzlich der Dämpfung und Reduzierung der auftretenden Schwingungen der Längswellenanordnung.
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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.
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Aus der
DE 10 2008 048 388 A1 ist eine Längswellenanordnung bekannt, bei der im Crashfall die erste Welle in die rohrförmige und entsprechend hohle zweite Welle eingeschoben wird. Dabei verlassen die Kugeln des Kugelgleichlaufgelenks ihre Position zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil und wandern (während der weiteren Verschiebung der Wellen) entlang des Zapfens der ersten Welle bis sie an dem Mittellager anliegen. Die Kugeln werden nun durch das Mittellager mitgenommen und dienen der definierten Verformung der Wandung der zweiten Welle. Während des Ineinanderschiebens der ersten Welle in die zweite Welle werden Gelenkinnenteil und Käfig und im weiteren Verlauf des Crashs auch die Kugeln in die rohrförmige zweite Welle eingeführt. Dafür muss der Innendurchmesser der zweiten Welle aber entsprechend groß sein, so dass eine definierte Verformung ermöglicht wird.
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Aus der
US 2007/0105461 A1 und
US 2003/0008716 A1 sind jeweils Längswellenanordnungen bekannt, bei denen zwei Wellen über ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk verbunden sind. Im Crashfall dringt die eine Welle zusammen mit dem Gelenkinnenteil, Kugeln und Käfig in die zweite, als Hohlwelle ausgeführte Welle ein, wobei ein Deckel in die Hohlwelle mitverschoben wird. Sobald die Kugeln die Führung der äußeren Kugelbahnen verlassen, lösen sich der Käfig und die Kugeln von der Welle mit dem Gelenkinnenteil, wobei Welle und Gelenkinnenteil weiter in die Hohlwelle eindringen.
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Aus der
DE 42 24 201 A1 ist eine Längswellenanordnung bekannt, bei der zwei Wellen über ein Kugelgleichlaufgelenk verbunden sind. Im Crashfall löst sich die eine Welle von dem Gelenkinnenteil und den anderen Gelenkkomponenten und dringt in die zweite, als Hohlwelle ausgeführte Welle ein.
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Die
DE 38 20 449 A1 ist auf ein axial verschiebliches Gleichlaufdrehgelenk gerichtet, dass beidseitig Anschläge zur Begrenzung des Verschiebeweges aufweist. Der Anschlag auf einer Seite wird durch einen Ringkörper gebildet, der am Gelenkaußenteil befestigt ist und eine kugelige Anschlagsfläche aufweist, die bei einer Verschiebung des Gelenks mit einer Fläche am Körper entlang einer Umfangslinie in Kontakt treten kann.
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Aus der
DE 20 2013 003 111 U1 ist ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk bekannt, bei dem an einer geschlossen ausgeführten Anschlussseite des Gelenkaußenteils ein Anschlag für den Käfig vorgesehen ist, durch den eine Verschiebung des Käfigs gegenüber dem Gelenkaußenteil begrenzt wird.
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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, eine kontinuierliche Aufnahme von Verformungsenergie ermöglicht und dabei insbesondere auch platzsparend aufgebaut und leicht ist. Weiterhin soll im Crash-Fall eine Auslenkung von einzelnen Komponenten der Längswellenanordnung verhindert und/oder auch ein sicheres Auffangen von ggf. anfallenden Bruchstücken der Komponenten der Längswellenanordnung erreicht werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Längswellenanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Längswellenanordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen 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.
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Die Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle, wobei die erste Welle einen Zapfen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, und weiter ein Kugelgleichlaufverschiebegelenk zur Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle, wobei ein Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufverschiebegelenks am zweiten Ende montiert und ein Gelenkaußenteil an der zweiten Welle angeordnet ist. Dabei weist das Gelenkaußenteil in einer Endzone eines Verschiebebereichs einen ersten Anschlag für einen Käfig des Kugelgleichlaufverschiebegelenks auf, so dass der Käfig bei Ineinanderschieben von erster Welle und zweiter Welle an dem ersten Anschlag zur Anlage gebracht wird, wobei bei einem weiteren Ineinanderschieben von erster Welle und zweiter Welle der Käfig und die Kugeln des Kugelgleichlaufverschiebegelenks zurückgehalten werden und sich das am zweiten Ende montierte Gelenkinnenteil mit der ersten Welle in die zweite Welle hinein bewegt, wobei in der Endzone des Verschiebebereichs in dem Gelenkaußenteil radial außerhalb des Käfigs ein umlaufender Freiraum vorgesehen ist, so dass der Käfig, wenn er an den ersten Anschlag anstößt und das Gelenkinnenteil gegenüber dem Käfig in einer axialen Richtung weiter verschoben wird, zumindest teilweise aufgeweitet oder gesprengt und in den Freiraum gedrückt wird.
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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.
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Das Wälzlager weist einen Innenring und einen Außenring mit dazwischen angeordneten Rollkörpern auf, wobei der Innenring auf dem Umfang der ersten Welle angeordnet ist. Der Außenring des Wälzlagers ist mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden.
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Das Wälzlager stützt sich zumindest mit seinem Innenring gegen einen Anschlag auf der ersten Welle ab. Auf der diesem Anschlag gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers setzt sich die erste Welle insbesondere in Form eines Zapfens fort, dessen Ende das Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufverschiebegelenks aufnimmt. Das Kugelgleichlaufverschiebegelenk ist mit seinem Gelenkaußenteil an einer zweiten Welle angeordnet, die sich zumindest abschnittsweise als hohle Welle, ausgehend von einem Gelenkboden des Kugelgleichlaufverschiebegelenks, in der axialen Richtung weiter fortsetzt.
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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 der axialen Richtung verkürzt wird, taucht die erste Welle mit dem Zapfen und dem Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufdrehgelenks in die zweite (Hohl-)Welle ein. Der Verschiebeweg des Gelenks wird dabei zunächst vollständig ausgenutzt, so dass alle Bauteile unzerstört und funktionsfähig bleiben, bis der Käfig in der Endzone des Verschiebewegs des Kugelgleichlaufverschiebegelenks an einen ersten Anschlag anstößt. Bei weiterem Verschieben der Wellen (aufgrund einer sehr hohen axialen Krafteinwirkung) wird der Käfig zumindest in der radialen Richtung aufgeweitet und/oder (final sogar) gesprengt, wobei Käfig und Kugeln durch den ersten Anschlag zurückgehalten werden. Der Käfig sitzt in einem Gelenk normalerweise, über eine Kugelkalotte festgelegt, axial kraftschlüssig auf der zugehörigen Kugelnabe. Die erste Welle, zusammen mit dem Zapfen und dem darauf fixierten Gelenkinnenteil, kann dann weiter durch den Gelenkboden hindurch in die zweite Welle eingeschoben werden.
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Insbesondere ist in der Endzone des Verschiebebereichs des Kugelgleichlaufverschiebegelenks in dem Gelenkaußenteil radial außerhalb des Käfigs ein umlaufender Freiraum vorgesehen. Insbesondere kann der Käfig, wenn er an den ersten Anschlag anstößt und das Gelenkinnenteil gegenüber dem Käfig weiter verschoben wird, (elastisch) aufgeweitet werden, wobei der Käfig in den radialen Freiraum gedrückt wird. Infolge dieser Aufweitung kann sich das Gelenkinnenteil von dem Käfig lösen und weiter entlang der axialen Richtung gegenüber Käfig und Gelenkaußenteil verschoben werden. Insbesondere wird bis hin zu dieser Endzone der Käfig in dem Verschiebebereich in der radialen Richtung durch das Gelenkaußenteil (durch die Stege zwischen den Kugelbahnen) fixiert und geführt. Erst in der Endzone und bis hin zu dem ersten Anschlag ist der Freiraum vorgesehen, in den der Käfig infolge der Aufweitung durch das Gelenkinnenteil ausweichen kann. In diesem Bereich wird also die Führung des Käfigs in der radialen Richtung aufgegeben.
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Die Aufweitung und/oder Sprengung des Käfigs kann unter einer vorbestimmten Krafteinwirkung erfolgen, so dass insbesondere eine Schädigung anderer Komponenten der Längswellenanordnung verhindert wird.
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Das Crash-Verhalten der Längswellenanordnung wird somit bevorzugt vorrangig durch eine Axialkraft eingestellt, bei der die Lösung bzw. Trennung von Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil des Kugelgleichlaufverschiebegelenks eintritt, wobei insbesondere der Käfig insoweit verformt und/oder beschädigt wird, dass die Kugeln nicht mehr in den jeweiligen Bahnen von Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil gehalten werden können. Im Crash-Fall, insbesondere bei Automobilen, kann so eine definierte Crash-Kraft erzeugt werden, wobei bevorzugt zwei Kategorien des Crash-Verhaltens bei einer solchen Längswellenanordnung vorbestimmt sein können: a) leicht verformbar bei Crash-Kräften im Bereich von 10 kN bis 40 kN [Kilo-Newton], und b) schwer verformbar bei Crash-Kräften im Bereich von 40 kN bis 80 kN.
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Bei dem Ineinanderschieben von erster Welle und zweiter Welle wird die erste Welle insbesondere durch einen größten zweiten Außendurchmesser des Gelenkinnenteils in einem rohrförmigen Abschnitt mit einem entsprechenden zweiten Innendurchmesser der zweiten Welle geführt, wobei der zweite Abschnitt sich in axialer Richtung an das Gelenkaußenteil anschließt.
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Diese Ausgestaltung der Längswellenanordnung ermöglicht gegenüber den bekannten Konzepten einen größeren Verschiebeweg bei größtmöglichem Durchmesser der eintauchenden Welle, die so selbst für eine torsionssteifere und biegesteifere Belastung (wie auch höhere Drehzahlen) ausgelegt werden kann. Diese Längswellenanordnung ermöglicht auch eine geringere und/oder besser kalkulierbare Auslösekraft im Crash-Fall. Diese Längswellenanordnung kann im Crash-Fall besser geführt werden, so dass das Risiko eines unerwünschten Eindringens der Wellen in benachbarte Bereiche der Längswellenanordnung reduziert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein größter erster Außendurchmesser des Käfigs größer als ein kleinster erster Innendurchmesser des ersten Anschlags und ein größter zweiter Außendurchmesser des Gelenkinnenteils kleiner als der kleinste erste Innendurchmesser des ersten Anschlags. Damit wird sichergestellt, dass der erste Anschlag den Käfig an einer weiteren Verschiebung gegenüber dem Gelenkaußenteil und der zweiten Welle hindert und das Gelenkinnenteil aber gerade nicht mit dem ersten Anschlag zusammenwirkt.
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Insbesondere ist die zweite Welle im Anschluss an das Gelenkaußenteil/den Gelenkboden zumindest in einem Abschnitt rohrförmig ausgeführt und weist dort einen kleinsten zweiten Innendurchmesser auf, der im Wesentlichen einem größten zweitem Außendurchmesser des Gelenkinnenteils entspricht.
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Insbesondere ist (in dem Gelenkboden) ein Deckel vorgesehen, der den rohrförmig ausgeführten Abschnitt der zweiten Welle hin zum Kugelgleichlaufverschiebegelenk im Wesentlichen verschließt, wobei der Deckel einen größten dritten Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen dem kleinsten zweiten Innendurchmesser des Abschnitts entspricht.
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Insbesondere wird der Deckel bei einer Verschiebung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle über den Gelenkboden hinaus von dem zweiten Ende des Zapfens und/oder dem Gelenkinnenteil kontaktiert, verformt, durchstoßen und/oder gegenüber der zweiten Welle zusammen mit der ersten Welle verschoben.
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Insbesondere bilden der größte zweite Außendurchmesser des Gelenkinnenteils und der kleinste zweite Innendurchmesser des Abschnitts und/oder der größte dritte Außendurchmesser des Deckels und der kleinste zweite Innendurchmesser des Abschnitts eine Presspassung. Die Presspassung ermöglicht ein Verschieben der Bauteile gegeneinander, wobei eine Führung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle durch das Gleiten des Gelenkinnenteils und/oder des Deckels entlang der Wandung des Abschnitts beibehalten wird. Gleichzeitig wird vorhandene Crashenergie durch mit der Presspassung einstellbare Verformungskräfte der Längswellenanordnung kontinuierlich und/oder stufenweise abgebaut.
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Insbesondere entspricht der größte zweite Außendurchmesser des Gelenkinnenteils dem kleinsten zweiten Innendurchmesser des Abschnitts oder der größte zweite Außendurchmesser ist kleiner ausgeführt.
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Eine Presspassung kann insbesondere ausschließlich nur zwischen Deckel und Abschnitt gebildet werden.
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Insbesondere ist in dem Abschnitt zumindest ein weiterer Deckel vorgesehen.
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Insbesondere bildet der Deckel und/oder der zumindest eine weitere Deckel mit dem Abschnitt eine Presspassung. Bevorzugt werden unterschiedliche Presspassungen zwischen Deckel und Abschnitt einerseits und zwischen zumindest einem weiteren Deckel und dem Abschnitt andererseits ausgebildet.
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Insbesondere wird durch Anordnung mehrerer Deckel entlang des Abschnitts ein stufenweiser Abbau der vorhandenen Crashenergie ermöglicht, da mit fortschreitender Verschiebung von erster Welle gegenüber zweiter Welle weitere Deckel mitverschoben, verformt und/oder durchgestoßen werden.
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Durch die Führung der ersten Welle beim Eintauchen in die zweite Welle mittels des Gelenkinnenteils und/oder des mindestens einen Deckels 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 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. Andererseits wird ein Höchstmaß an Verformungsenergie verbraucht, weil die Längswellenanordnung in vorbestimmten Wegabschnitten maximal mögliche Verformungskräfte zulässt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Mittellager zur Abstützung der Längswellenordnung gegenüber einer Karosserie vorgesehen ist. Das Mittellager ist am ersten Ende des Zapfens auf der ersten Welle montiert, wobei bei dem weiterem Ineinanderschieben von erster Welle und zweiter Welle und während sich das an dem zweiten Ende angeordnete Gelenkinnenteil in dem Abschnitt der zweiten Welle befindet, der Käfig an dem Mittellager oder das Gelenkaußenteil an einem zweiten Anschlag der ersten Welle zur Anlage kommt.
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Bei der hier vorgeschlagenen Längswellenanordnung dringt lediglich das Gelenkinnenteil in den rohrförmigen Abschnitt der zweiten Welle ein, so dass die zweite Welle mit einem geringen zweiten Innendurchmesser (und einem entsprechend kleinen Außendurchmesser) ausgeführt sein kann.
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Die eingangs gestellten Aufgaben werden weiter durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Längswellenanordnung gelöst.
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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 Ausführungsform einer Längswellenanordnung;
- 2: die Längswellenanordnung, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk in einer Betriebslage dargestellt ist;
- 3: die Längswellenanordnung, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk in einer Endlage dargestellt ist;
- 4: die Längswellenanordnung, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk in einer Position dargestellt ist, in der der Käfig gesprengt wird; und
- 5: die Längswellenanordnung, wobei das Gelenkinnenteil in die zweite Welle eingeschoben dargestellt ist.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Längswellenanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs 2. Die Anordnung der Längswellenanordnung 1 im Kraftfahrzeug 2 erfolgt parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 2, also parallel zur axialen Richtung 28. Die Längswellenanordnung 1 setzt sich zumindest aus einer ersten Welle 3 und einer zweiten Welle 4 zusammen, die über das in der Mitte gezeigte Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 miteinander verbunden sind.
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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 Kugelgleichlaufverschiebegelenk an einem Zapfen der ersten Welle 3 angeordnet, hier links in 1 gezeigt. An dem anderen Ende der ersten Welle 3 ist ein Zapfen 5 vorgesehen, der sich in das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 der Längswellenanordnung 1 hinein erstreckt. Dieser Zapfen 5 ist mit seinem zweiten Ende 7 mit dem Gelenkinnenteil 9 des Kugelgleichlaufdrehgelenks 8 verbunden. Das erste Ende 6 erstreckt sich hin zu einem Hohlwellenabschnitt der ersten Welle 3. An dem ersten Ende 6 ist ein Mittellager 25 in Form eines Wälzlagers angeordnet.
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Das Mittellager 25 ist mit seinem Innenring mit dem ersten Ende 6 des Zapfens 5 und mit seinem Außenring mit der Karosserie 26 des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Mittellager 25 bindet die Längswellenanordnung 1 an die Karosserie 26 des Kraftfahrzeugs 2 an und dient der Schwingungsdämpfung der Längswellenanordnung 1.
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Die zweite Welle 4 ist mit dem Gelenkaußenteil 10 des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 8 verbunden. Die zweite Welle 4 setzt sich, ausgehend von dem Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8, als Hohlwelle fort. In der zweiten Welle 4 ist hier ein Deckel 21 dargestellt, der das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 gegenüber der zweiten Welle 4 abdichtet. In der zweiten Welle können ein, zwei, drei oder vier weitere Deckel 23 angeordnet sein, so dass durch ein Verschieben oder Durchstoßen dieser weiteren Deckel 23 weitere Crashenergie sukzessive abgebaut werden kann.
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2 zeigt ein Detail der Längswellenanordnung 1, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 in einer Betriebslage dargestellt ist. Bei dem Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 lässt sich das Gelenkinnenteil 9 gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 entlang der axialen Richtung 28 in einem vorgegebenen Verschiebebereich 12 bewegen. Drehmomente werden über Kugeln 15 von Gelenkaußenteil 10 zu Gelenkinnenteil 9 (oder umgekehrt) übertragen, wobei ein Käfig 14 zur Führung der Kugeln 15 innerhalb des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 8 vorgesehen ist. In 2 befinden sich Kugeln 15 in Kugelbahnen 27 in einer mittleren Zone des Verschiebebereichs 12 des Kugelgleichlaufverschiebegelenks 8. Hier ist lediglich der Verschiebebereich 12 der Kugeln 15 in dem Gelenkaußenteil 10 dargestellt. Das Gelenkinnenteil 9 kann zusätzlich entlang der axialen Richtung 28 gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 verschoben werden.
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In einer Endzone 11 des Verschiebebereichs 12 in der Nähe von dem Gelenkboden 30 des Gelenkaußenteils 10 ist ein erster Anschlag 13 vorgesehen, der einen kleinsten ersten Innendurchmesser 17 aufweist. Dieser ist kleiner als der größte erste Außendurchmesser 16 des Käfigs 14. Damit legt sich der Käfig 14 nach Verschiebung des Gelenkinnenteils 9 gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 an diesem ersten Anschlag 13 an, so dass der Verschiebebereich 12 der ersten Welle 3 gegenüber der zweiten Welle 4 in der axialen Richtung 28 begrenzt ist. Eine weitere Verschiebung der ersten Welle 3 ist ohne Verformung/Beschädigung/Zerstörung von Bauteilen nicht möglich, da das Gelenkinnenteil 9 einen größten zweiten Außendurchmesser 18 aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des Käfigs 14, so dass ein Hinterschnitt, also eine formschlüssige Verbindung in der axialen Richtung 28, gebildet wird. Die zweite Welle 4 weist in einem Abschnitt 19, der sich ausgehend von dem Gelenkaußenteil 10 entlang der axialen Richtung 28 erstreckt, einen kleinsten zweiten Innendurchmesser 20 auf. Dieser kleinste zweite Innendurchmesser 20 ist insbesondere kleiner als der größte erste Außendurchmesser 16 des Käfigs 14.
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3 zeigt die Längswellenanordnung 1, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 in einer Endlage dargestellt ist, d. h. der Verschiebebereich 12 des Gelenkaußenteils 10 ist voll ausgenutzt und der Käfig 14 liegt an dem ersten Anschlag 13 des Gelenkaußenteils 10 an. Die Kugeln 15 befinden sich einer Endzone 11 des Verschiebebereichs 12 des Gelenkaußenteils. Radial außerhalb des Käfigs 14 ist ein umlaufender Freiraum 31 in dem Gelenkaußenteil 10 vorgesehen. Es ist erkennbar, dass das Gelenkinnenteil 9 gegenüber dem Gelenkaußenteil 10 noch weiter in der axialen Richtung 28 verschiebbar ist. In der zweiten Welle 4 ist im Bereich des Gelenkbodens 30 ein Deckel 21 angeordnet, der das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 gegenüber der zweiten Welle 4 abdichtet. Der Deckel 21 weist einen größten dritten Außendurchmesser 22 auf, der eine Presspassung mit dem kleinsten zweiten Innendurchmesser 20 des Abschnitts 19 bildet.
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Ausgehend von einem kleinsten Wert hin zu einem größten Wert lassen sich die Durchmesser 16, 17, 18, 20 und 22 insbesondere in der folgende Reihenfolge auswählen:
- 1. Kleinster zweiter Innendurchmesser 20 des Abschnitts 19;
- 2. Größter dritter Außendurchmesser 22 des Deckels 21 (bildet Presspassung mit kleinstem zweiten Innendurchmesser 20);
- 3. Größter zweiter Außendurchmesser 18 des Gelenkinnenteils 9 (bildet insbesondere Presspassung mit kleinstem zweiten Innendurchmesser 20);
- 4. Kleinster erster Innendurchmesser 17 des ersten Anschlags 13 (kann aber auch dem Wert des kleinsten zweiten Innendurchmessers 20 entsprechen);
- 5. Größter erster Außendurchmesser 16 des Käfigs 14 (ist größer als kleinster erster Innendurchmesser 17).
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4 zeigt die Längswellenanordnung 1, wobei das Kugelgleichlaufverschiebegelenk 8 in einer Position dargestellt ist, in der der Käfig 14 aufgrund des Durchtritts des Gelenkinnenteils 9 gesprengt/aufgeweitet wird. Gegenüber der Lage des Gelenkinnenteils 9 und der ersten Welle 3 in 3 ist hier ersichtlich, dass die erste Welle 3 nun noch weiter in der axialen Richtung 28 gegenüber der zweiten Welle 4 verschoben ist. Der Käfig 14 liegt am ersten Anschlag 13 am Gelenkaußenteil 10 an. Wird die erste Welle 3 mit Gelenkinnenteil 9 im Crashfall nun noch weiter in der axialen Richtung 28 gegenüber der zweiten Welle 4 verschoben, so wird der Käfig 14, bzw. der zwischen Käfig 14 und Gelenkinnenteil 9 ausgebildete Hinterschnitt gesprengt und insbesondere der Käfig 14 zerstört, bzw. der Käfig 14 wird aufgeweitet, was dadurch ermöglicht wird, dass er radial in den Freiraum 31ausweichen kann. Es ist vorgesehen, zwischen dem Deckel 21 und dem Abschnitt 19 eine Spielpassung vorzusehen, wodurch ein möglichst kraftfreies Ineinandergleiten ermöglicht werden soll. Die Kugeln 15 verlassen die Kugelbahnen 29 am Gelenkinnenteil 9 und das Gelenkinnenteil 9 dringt weiter in die zweite Welle 4 vor.
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5 zeigt die Längswellenanordnung 1, wobei das Gelenkinnenteil 9 in die zweite Welle 4 eingeschoben dargestellt ist. Der Käfig 14 liegt noch immer am ersten Anschlag 13 an. Die erste Welle 3 mit Zapfen ist in den Abschnitt 19 der zweiten Welle 4 eingedrungen. Das zweite Ende 7 des Zapfens 5 und/oder das Gelenkinnenteil 9 hat den Deckel 21 mit in den Abschnitt 19 hinein verschoben. Deckel 21 und Abschnitt 19 bilden mit dem größten dritten Außendurchmesser 22 und dem kleinsten zweiten Innendurchmesser 20 eine Presspassung, so dass bei dem Verschieben des Deckels 21 entlang und innerhalb der zweiten Welle 4 Crashenergie durch Verformungsenergie abgebaut wird. Deckel 21 und/oder Gelenkinnenteil 9 gewährleisten, dass die erste Welle 3 in der zweiten Welle 4 geführt wird, so dass eine Auslenkung einzelner Komponenten der Längswellenanordnung 1 vermieden wird.
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Insbesondere sind mehrere Deckel 21 in der zweiten Welle 4 vorgesehen, so dass bei dem Durchstoßen und/oder Verschieben der Deckel 21 Crashenergie weiter abgebaut werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längswellenanordnung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Erste Welle
- 4
- Zweite Welle
- 5
- Zapfen
- 6
- Erstes Ende
- 7
- Zweites Ende
- 8
- Kugelgleichlaufverschiebegelenk
- 9
- Gelenkinnenteil
- 10
- Gelenkaußenteil
- 11
- Endzone
- 12
- Verschiebebereich
- 13
- Erster Anschlag
- 14
- Käfig
- 15
- Kugel
- 16
- Größter erster Außendurchmesser (des Käfigs)
- 17
- Kleinster erster Innendurchmesser (des ersten Anschlags)
- 18
- Größter zweiter Außendurchmesser (des Gelenkinnenteils)
- 19
- Abschnitt
- 20
- Kleinster zweiter Innendurchmesser (des Abschnitts)
- 21
- Deckel
- 22
- Größter dritter Außendurchmesser (des Deckels)
- 23
- Weiterer Deckel
- 24
- Presspassung
- 25
- Mittellager
- 26
- Karosserie
- 27
- Kugelbahn
- 28
- Axiale Richtung
- 29
- Kugelbahn
- 30
- Gelenkboden
- 31
- Freiraum
