DE102015015728A1

DE102015015728A1 - Drive shaft for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015015728A1
Application number: DE102015015728.0A
Authority: DE
Inventors: Werner Kloiber
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug, mit einem Längenbereich (12), welcher einen ersten Rohrbereich (20) mit kleinerem Durchmesser (d) und einen zweiten Rohrbereich (22) mit demgegenüber größerem Durchmesser (D) umfasst, welche bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle unter Ausbildung einer Teleskopführung relativ zueinander verschiebbar sind, wobei die Rohrbereiche (20, 22) über einen vom ersten Rohrbereich (20) radial nach außen bis zum zweiten Rohrbereich (22) verlaufenden Ringbund (24) einteilig ausgebildet sind, welcher bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle gezielt versagt.The invention relates to a drive shaft for a motor vehicle, comprising a length region (12) which comprises a first tube region (20) of smaller diameter (d) and a second tube region (22) of a comparatively larger diameter (D) which, in the event of an accidental axial Applying force to the drive shaft to form a telescopic guide are displaceable relative to each other, wherein the tube portions (20, 22) via a first tube portion (20) radially outwardly to the second tube portion (22) extending annular collar (24) are integrally formed, which at one Accidentally caused axial application of force to the drive shaft selectively failed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a drive shaft for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a drive shaft according to the preamble of patent claim 5.

Derartige Antriebswellen werden in Triebsträngen von Kraftfahrzeugen beispielsweise eingesetzt, um den Motor mit einer entsprechenden, angetriebenen Fahrzeugachse zu koppeln. Dabei erstreckt sich die Antriebswelle üblicherweise in Fahrzeuglängsrichtung innerhalb eines Mitteltunnels. Zur Drehmomentübertragung sind dabei relativ massive Antriebswellen erforderlich, gerade bei stärkeren Fahrzeugmotorisierungen mit entsprechend höherem Gewicht des Motors beziehungsweise des Kraftwagens insgesamt. Die massive und steife Bauweise der Antriebswelle kann allerdings bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung zu einem entsprechenden Verletzungsrisiko für die Insassen des Kraftfahrzeugs beziehungsweise auch für die Insassen des Unfallpartners führen, indem die Antriebswelle im Crashfall beispielsweise auf Block geht.Such drive shafts are used in drive trains of motor vehicles, for example, to couple the engine with a corresponding, driven vehicle axle. In this case, the drive shaft usually extends in the vehicle longitudinal direction within a center tunnel. For torque transmission while relatively massive drive shafts are required, especially with stronger vehicle engines with a correspondingly higher weight of the engine or the motor vehicle as a whole. However, the solid and rigid construction of the drive shaft can lead to an accidental axial force to a corresponding risk of injury to the occupants of the vehicle or for the occupants of the accident partner by the drive shaft in the event of a crash, for example, goes to block.

Aus diesem Grund ist es aus der DE 10 2013 009 497 A1 bereits bekannt, eine in einem Längenbereich zweiteilige Antriebswelle einzusetzen mit einem ersten Rohrbereich kleineren Durchmessers und einem zweiten Rohrbereich größeren Durchmessers, welche bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle unter Ausbildung einer Teleskopführung relativ zueinander verschiebbar sind. Die beiden Rohrbereiche, welche als separate Bauteile ausgebildet sind, sind dabei im gegenseitigen Überdeckungsbereich durch eine Klebverbindung oder dergleichen miteinander gefügt. Bei einer entsprechenden axialen Kraftbeaufschlagung und dem Überschreiten einer definierten Axialkraftbelastung versagt dabei die Klebverbindung, sodass sich die beiden Rohrbereiche teleskopartig und axial verschieben können.For this reason it is from the DE 10 2013 009 497 A1 already known to use a two-part drive shaft in a length range with a first pipe portion of smaller diameter and a second pipe portion of larger diameter, which are displaceable relative to each other in an accidental axial application of force to the drive shaft to form a telescopic guide. The two tube regions, which are formed as separate components, are joined together in the mutual overlap region by an adhesive bond or the like. With a corresponding axial application of force and the exceeding of a defined Axialkraftbelastung fails while the adhesive bond, so that the two pipe sections can move telescopically and axially.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebswelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Antriebswelle zu schaffen, mittels welchen einerseits hohe Drehmomente übertragbar sind und andererseits bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein optimales Ansprechverhalten und eine optimale Führung der teleskopierbaren Rohrbereiche ermöglicht sind.Object of the present invention is to provide a drive shaft and a method for producing such a drive shaft, by means of which on the one hand high torques are transferable and on the other hand with an accidental force application optimum response and optimal guidance of the telescoping tube areas are possible.

Diese Ausgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebswelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Antriebswelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This output is achieved by a drive shaft with the features of claim 1 and by a method for producing such a drive shaft with the features of claim 4. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Um eine Antriebswelle zu schaffen, welche einerseits hohe Betriebskräfte aufnehmen kann und andererseits ein besonders günstiges Ansprechverhalten und eine günstige Führung der beiden, teleskopierbaren Rohrbereiche im Falle einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rohrbereiche über einen vom ersten Rohrbereich radial nach außen bis zum zweiten Rohrbereich verlaufenden Ringbund einteilig ausgebildet sind, welcher bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle gezielt versagt. Durch die einteilige Gestaltung des entsprechenden Längenbereichs der Antriebswelle durch Einsatz des entsprechenden Ringbundes, welcher die beiden Rohrbereiche miteinander verbindet, ist somit einerseits eine optimale Übertragung der Betriebskräfte und -momente möglich, wobei jedoch andererseits der Ringbund auf einfache Weise so ausgestaltet werden kann, dass bei Erreichen einer axialen Grenzkraft infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Ringbund entsprechend zerstört wird und sich somit eine Teleskopführung zwischen den beiden Rohrbereichen ausbildet, deren Führung über einen gegebenenfalls langen Teleskopierweg erfolgen kann. Somit ergibt sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, insbesondere infolge einer Frontalkollision des Fahrzeugs, ein besonders günstiges Unfallverhalten, wobei es nicht zu einem Ausknicken der Antriebswelle kommen kann.In order to create a drive shaft, which on the one hand can absorb high operating forces and on the other hand, a particularly favorable response and favorable guidance of the two telescoping pipe sections in the event of an accidental axial application of force, it is provided according to the invention, that the pipe sections over a radially from the first pipe region externally to the second tube region extending annular collar are integrally formed, which selectively fails at an accidental application of force to the drive shaft. Due to the one-piece design of the corresponding length range of the drive shaft by using the corresponding annular collar, which connects the two pipe sections together, on the one hand optimal transmission of operating forces and moments is possible, however, on the other hand, the collar can be configured in a simple manner so that at Achieving an axial limit force due to an accidental application of force to the annular collar is destroyed accordingly and thus forms a telescopic guide between the two pipe sections, whose leadership can be done via an optionally long Teleskopierweg. Thus, in the case of an accident-induced application of force, in particular as a result of a head-on collision of the vehicle, a particularly favorable accident behavior results, wherein the drive shaft can not buckle.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dabei im Bereich des Ringbundes eine Sollbruchstelle vorgesehen, um ein besonders günstiges, gezieltes Versagen bei einer entsprechenden Axialkraft infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu erreichen. In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn die Sollbruchstelle durch eine Nut gebildet ist. Eine derartige Nut kann beispielsweise beim Schmieden oder aber bei einer spanenden Bearbeitung, insbesondere beim Drehen oder dergleichen, eingebracht werden.In an advantageous embodiment of the invention, a predetermined breaking point is provided in the region of the annular collar in order to achieve a particularly favorable, targeted failure with a corresponding axial force as a result of an accidental application of force. In this context, it has proved to be further advantageous if the predetermined breaking point is formed by a groove. Such a groove can be introduced, for example, during forging or during a machining, in particular during rotation or the like.

Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebswelle genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren zum Herstellen einer derartigen Antriebswelle.The advantages mentioned above in connection with the drive shaft according to the invention apply in the same way to the method for producing such a drive shaft.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings; these show in:

1 eine axiale Schnittansicht durch eine Antriebswelle eines Kraftwagens mit einem an jeweiligen Schweißverbindungsnähten in die Antriebswelle integrierten Längenbereich, welcher einen ersten Rohrbereich mit kleinerem Durchmesser und einen zweiten Rohrbereich mit demgegenüber größerem Durchmesser umfasst, welche bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle unter Ausbildung einer Teleskopführung relativ zueinander verschiebbar sind; und 1 an axial sectional view through a drive shaft of a motor vehicle with an integrated at respective Schweißverbindungsnähten in the drive shaft length range, which a the first pipe portion having a smaller diameter and a second pipe portion having the larger diameter, which are displaceable relative to each other in an accidental axial application of force to the drive shaft to form a telescopic guide; and

2 eine gegenüber 1 vergrößerte, axiale Schnittansicht durch den die beiden Rohrbereiche aufweisenden Längenbereich der Antriebswelle, bei welchem der erste Rohrbereich mit kleinerem Durchmesser über einen radial nach außen bis zum zweiten Rohrbereich mit demgegenüber größerem Durchmesser einteilig verbunden ist, wobei der Ringbund im Bereich einer nutartigen Sollbruchstelle bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle gezielt versagt. 2 one opposite 1 enlarged, axial sectional view through the length of the drive shaft having the two pipe portions, wherein the first pipe portion is connected in one piece with a smaller diameter over a radially outwardly to the second pipe portion with the larger diameter, wherein the annular collar in the region of a groove-like predetermined breaking point in an accidental axial force applied to the drive shaft selectively failed.

In 1 ist in einer axialen Schnittansicht eine Antriebswelle für einen Triebstrang eines Personenkraftwagens dargestellt. Eine derartige Antriebswelle wird üblicherweise auch als Gelenkwelle bezeichnet und dient zur Übertragung eines entsprechenden Drehmoments zwischen einer Motor- und Getriebeeinheit einerseits und einer angetriebenen Fahrzeugachse, insbesondere einer Hinterachse, andererseits. Demzufolge erstreckt sich die Antriebs- beziehungsweise Gelenkwelle üblicherweise in einem Mittel- beziehungsweise Kardantunnel unterseitig des Fahrzeugbodens und in Fahrzeuglängsrichtung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle mehrteilig gestaltet und umfasst einen ersten Längenbereich 10, einen zweiten Längenbereich 12 und einen dritten Längenbereich 14. Die Längenbereiche 10, 12, 14 sind dabei vorliegend über jeweilige Schweißverbindungen, insbesondere Magnetschweißverbindungen 16, 18 miteinander gefügt.In 1 is shown in an axial sectional view of a drive shaft for a drive train of a passenger car. Such a drive shaft is usually also referred to as a cardan shaft and serves to transmit a corresponding torque between a motor and gear unit on the one hand and a driven vehicle axle, in particular a rear axle, on the other. Accordingly, the drive or propeller shaft usually extends in a center or transmission tunnel below the vehicle floor and in the vehicle longitudinal direction. In the present embodiment, the drive shaft is designed in several parts and includes a first length range 10 , a second length range 12 and a third length range 14 , The length ranges 10 . 12 . 14 are present in each case via respective welded joints, in particular magnetic welded joints 16 . 18 joined together.

Der mittlere Längenbereich 12 ist überdies in 2 in einer gegenüber 1 vergrößerten, axialen Schnittansicht dargestellt. Hierbei wird erkennbar, dass der Längenbereich 12 einen ersten Rohrbereich 20 mit einem kleineren Durchmesser d und einem zweiten Rohrbereich 22 mit demgegenüber größeren Durchmesser D umfasst. Die beiden Rohrbereiche 20, 22 überdecken sich dabei im Bereich einer Überdeckungslänge ü.The middle length range 12 is also in 2 in one opposite 1 enlarged, axial sectional view shown. It can be seen here that the length range 12 a first pipe section 20 with a smaller diameter d and a second tube area 22 with larger diameter D, on the other hand. The two pipe sections 20 . 22 overlap in the area of a cover length ü.

Im Bereich dieser Überdeckungslänge ü ist ein Ringbund 24 vorgesehen, welcher sich endseitig des ersten Rohrbereichs 20 von diesem radial nach außen bis zum zweiten Rohrbereich 22 erstreckt. Dabei sind die beiden Rohrbereiche 20, 22 und der Ringbund 24 einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet und beispielsweise in einem Schmiedeverfahren oder einem spanenden Verfahren, insbesondere in einem Drehverfahren, hergestellt. Durch den Ringbund 24 ergibt sich außerdem, dass der entsprechende Innendurchmesser I des größeren, zweiten Rohrbereichs 22 größer ausgebildet ist als ein Außendurchmesser a des kleineren Rohrbereichs 20.In the area of this cover length ü is a ring collar 24 provided, which is the end of the first pipe section 20 from this radially outward to the second tube area 22 extends. Here are the two pipe sections 20 . 22 and the ring collar 24 formed in one piece or in one piece and, for example, in a forging process or a machining process, in particular in a turning process produced. Through the ring collar 24 also results that the corresponding inner diameter I of the larger, second tube area 22 is formed larger than an outer diameter a of the smaller pipe portion 20 ,

Somit ist insbesondere aus 2 erkennbar, dass von außen her der Ringbund 24 mit einer Sollbruchstelle in Form einer ringförmigen, umlaufenden Nut 26 gebildet ist. Diese Nut 26 ist beispielsweise im Rahmen der spanenden Bearbeitung in den Ringbund 24 eingebracht. Gleichfalls ist es jedoch auch denkbar, das Bauteil durch Schmieden herzustellen und die Nut 26 im Rahmen des Schmiedeverfahrens einzubringen.Thus, in particular 2 recognizable that from the outside of the annular collar 24 with a predetermined breaking point in the form of an annular, circumferential groove 26 is formed. This groove 26 is for example in the context of machining in the ring collar 24 brought in. Likewise, it is also conceivable to produce the component by forging and the groove 26 in the context of the forging process.

Im Ergebnis jedenfalls wird erreicht, dass bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung der Antriebswelle der entsprechende Längenbereich 12 im Bereich des Ringbundes 24, genauer gesagt im Bereich der als Sollbruchstelle ausgebildeten Nut 26, gezielt versagt und somit die Verbindung zwischen den beiden Rohrbereichen 20, 22 bricht. Infolgedessen kann der Rohrbereich 20 kleineren Durchmessers d beziehungsweise Rohrquerschnitts unter Ausbildung einer Teleskopführung über einen entsprechenden, vorzugsweise großen Längenbereich geführt in den Rohrbereich 22 größeren Durchmessers D hineingeschoben werden.In any case, it is achieved that, in the event of an accidental axial application of force to the drive shaft, the corresponding length range 12 in the area of the ring collar 24 more precisely in the area of the groove designed as a predetermined breaking point 26 , selectively fails and thus the connection between the two pipe sections 20 . 22 breaks. As a result, the pipe area can 20 smaller diameter d or pipe cross-section to form a telescopic guide over a corresponding, preferably large length range led into the pipe area 22 larger diameter D are pushed into it.

Der vorliegende Längenbereich 12 beziehungsweise die Antriebswelle insgesamt zeichnen sich dabei infolge der einteiligen Ausgestaltung der beiden Rohrbereiche 20, 22 mit dem Ringbund 24 durch eine besonders hohe Betriebsfestigkeit der Antriebswelle aus, welche auch bei höheren Motorisierungen und demzufolge höheren Motoren- und Fahrzeuggewicht unter Beibehaltung eines vordefinierten Crashverhaltens bei unveränderten Baumaßnahmen und Abmessungen gewährleistet. Dabei wird trotz des hohen, übertragbaren Drehmoments beziehungsweise der hohen Betriebsfestigkeit ein gezieltes Versagen bei einer unfallbedingten axialen Kraftbeaufschlagung erreicht, ohne dass übermäßige Losbrechkräfte in Axialrichtung der Antriebswelle hierfür erforderlich wären. Außerdem kann durch die Gestaltung der über den Ringbund 24 verbundenen Rohrbereiche ein variabler, hinreichend langer Teleskopierweg bei guter Führung des inneren Rohrbereichs 20 innerhalb des äußeren Rohrbereichs 22 erzielt werden, sodass ein Ausknicken der Antriebswelle wirkungsvoll vermieden werden kann.The present length range 12 or the drive shaft as a whole are characterized by the one-piece design of the two pipe sections 20 . 22 with the ring collar 24 by a particularly high operating stability of the drive shaft, which ensures even at higher engine and consequently higher engine and vehicle weight while maintaining a predefined crash behavior with unchanged construction measures and dimensions. In this case, despite the high, transmittable torque or the high operating strength targeted failure in an accidental axial force application is achieved without excessive breakaway forces in the axial direction of the drive shaft would be required for this. Also, by designing the over the waistband 24 connected pipe areas a variable, sufficiently long Teleskopierweg with good guidance of the inner pipe area 20 within the outer tube area 22 be achieved so that buckling of the drive shaft can be effectively avoided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013009497 A1 [0003]

Claims

Drive shaft for a motor vehicle, having a length range ( 12 ), which has a first pipe region ( 20 ) with a smaller diameter (d) and a second tube region ( 22 ) with a larger diameter (D), which are displaceable relative to each other during an accidental axial application of force to the drive shaft to form a telescopic guide, characterized in that the tube regions ( 20 . 22 ) over one of the first pipe region ( 20 ) radially outward to the second tube region ( 22 ) extending annular collar ( 24 ) are integrally formed, which selectively fails at an accidental axial application of force to the drive shaft.

Drive shaft according to claim 1, characterized in that in the region of the annular collar ( 24 ) A predetermined breaking point is provided.

Drive shaft according to claim 2, characterized in that the predetermined breaking point by a groove ( 26 ) is formed.

Drive shaft according to one of the preceding claims, characterized in that at least the tube regions ( 20 . 22 ) having length range ( 12 ) of the drive shaft is formed by forging and / or by machining.

Method for producing a drive shaft for a motor vehicle, in which a length range ( 12 ), which has a first tube region ( 20 ) with a smaller diameter (d) and a second tube region ( 22 ) with a larger diameter (D), which are displaceable relative to each other during an accidental axial application of force to the drive shaft to form a telescopic guide, characterized in that the tube regions ( 20 . 22 ) over one of the first pipe region ( 20 ) radially outward to the second tube region ( 22 ) extending in an accidental axial application of force to the drive shaft selectively failed annular collar ( 24 ) are made in one piece.

A method according to claim 5, characterized in that in the region of the annular collar ( 24 ) A predetermined breaking point is provided.

A method according to claim 6, characterized in that as a predetermined breaking point (groove 26 ) is provided.

The drive shaft according to one of the preceding claims, characterized in that at least the (the tube portions 20 . 22 ) having length range ( 12 ) of the drive shaft is formed by forging and / or by machining.