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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Anschlussvorrichtungen sind insbesondere aus der
DE 10 2013 204 181 A1 bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Anschlussvorrichtung für einen Kraftfahrzeug Antriebsstrang beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
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In einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen mit Frontmotor und Heckantrieb beziehungsweise Allradanrieb, ist der Antriebsmotor in einiger Entfernung von der angetriebenen Hinterachse angeordnet und die vom Antriebsmotor zur Verfügung gestellte Antriebsleistung muss mittels eines Antriebsstrangs zur angetriebenen Achse übertragen werden. Grundsätzlich ergibt sich das gleiche Problem bei einem Heckmotor mit Front- oder Allradantrieb. Aufgrund der Übertragenen Antriebsleistungen weist der Antriebsstrang und insbesondere eine zu diesem gehörende und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Gelenkwelle, eine relativ hohe Steifigkeit in Fahrzeuglängsrichtung auf.
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Beim Absorbieren von Energie durch Deformation von Karosserieteilen und der Fahrzeugstruktur ist diese Steifigkeit des Antriebsstrangs störend. Unter der Steifigkeit ist die Steifigkeit bzgl. des Zusammenschiebens (Druck) der Anschlussvorrichtung zu verstehen. Insbesondere aus diesem Grund werden solche Gelenkwellen mit Sollbruchstellen oder Verschiebestücken ausgebildet.
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Im Falle einer Deformation der Gelenkwelle versagt die Gelenkwelle planmäßig an ihrer Sollbruchstelle und schiebt sich ohne nennenswerten weiteren Kraftaufwand teleskopartig zusammen. Eine derartige Vorrichtung ist in der
DE 10 2013 204 181 A1 beschrieben. Hierbei weist die Anschlussvorrichtung einen Wulst auf, der bei Überschreiten einer vorbestimmten Längsbelastung, Belastung in Richtung der Rotationsachse der Gelenkwelle, planmäßig versagt und ein Ineinanderschieben der Anschlussvorrichtung ermöglicht. Die Gestaltung der Sollbruchstelle und der sich an diese anschließenden Geometrie, wirkt sich auf das Betriebsverhalten, wie die Steifigkeit und die Eigenfrequenz, insbesondere die Torsionssteifigkeit und Biegeeigenfrequenz, aus.
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Aus der
US 6328 656 B1 ist eine Hohlwelle für ein Kraftfahrzeug mit einem Balgabschnitt bekannt. Aus der
DE 42 40 237 A1 ist ein Stauchrohr mit einer Sollbruchstelle bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Anschlussvorrichtung mit einem verbesserten Betriebsverhalten gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Anschlussvorrichtungen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Anschlussvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug eingerichtet. Dabei ist diese Anschlussvorrichtung derart ausgebildet, dass mit der Anschlussvorrichtung ein erstes und ein zweites Antriebsstrangelement miteinander verbindbar sind.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Antriebsstrangelement insbesondere eine Welle, ein Getriebeein- oder -ausgang, eine Kupplung bzw. ein Drehmomentwandler oder dergleichen zu verstehen. Vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Antriebsstrangelemente mit der Anschlussvorrichtung formschlüssig, reibschlüssig, stoffschlüssig oder mit einer Kombination aus wenigstens zwei der zuvor genannten Verbindungsarten verbunden.
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Die Anschlussvorrichtung erstreckt sich entlang einer Rotationsachse. Dabei ist die Anschlussvorrichtung im planmäßigen Betrieb um diese Rotationsachse, zur Übertragung von Antriebsleistung, rotierbar. Weiter vorzugsweise weist die Anschlussvorrichtung wenigstens abschnittsweise eine zur Rotationsachse rotationssymmetrisch Geometrie auf.
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Die Anschlussvorrichtung weist vorzugsweise einen ersten Anschlussbereich zum Verbinden dieser mit dem Antriebsstrangelement auf. Unter dem ersten Anschlussbereich, wie auch unter einem Rohrbereich und einem Verbindungsbereich und einem zweiten Anschlussbereich, sind Bereiche der Anschlussvorrichtung zu verstehen, deren Oberfläche abschnittsweise oder vorzugsweise vollständig parallel zur Rotationsachse angeordnet ist.
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Dabei weist der erste Anschlussbereich vorzugsweise eine wenigstens im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform auf. Unter der Grundform ist in diesem Sinne insbesondere zu verstehen, dass zur Drehmomentübertragung oder zur Verbindung mit dem Antriebsstrangelement geometrische Abweichungen von der hohlzylindrischen Grundform, insbesondere mit kreisrunder Querschnittsfläche, vorgesehen sind. Insbesondere sind unter derartigen Abweichungen Ausnehmungen oder ein Polygonprofil zu verstehen, bildlich gesprochen weist eine Welle mit einer Keil- oder Zahnwellenverbindung auch im Bereich dieser Verbindung eine zylindrische Grundform auf, die zur Drehmomentübertragung eingerichteten Zähne oder Keile der Verbindung sind durch Ausnehmungen gebildet und stellen die Abweichung von der zylindrischen Grundform dar.
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Neben dem Anschlussbereich weist die Anschlussvorrichtung den Rohrbereich auf. Vorzugsweise ist auch dieser Rohrbereich als ein Bereich der Anschlussvorrichtung mit einer wenigstens im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform, insbesondere mit kreisrunder Querschnittsfläche, zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist der Rohrbereich als ein hohlzylindrischer Bereich zu verstehen, welcher sich weiter vorzugsweise unmittelbar an einen Sollbruchbereich anschließt.
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Weiter weist die Anschlussvorrichtung den Sollbruchbereich auf. Ein derartiger Sollbruchbereich ist zwischen dem ersten Anschlussbereich und diesem Rohrbereich angeordnet und verbindet diese beiden Bereiche miteinander. Vorzugsweise ist der Sollbruchbereich als ein nach außen gewölbter Wulst ausgebildet. Dabei ist die Geometrie dieses Sollbruchbereichs derart gewählt, dass die Verbindung zwischen dem Anschlussbereich und dem Rohrbereich unter einer vorgebbaren Belastung in Richtung der Rotationsachse versagt.
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Vorzugsweise sind sowohl der Rohrbereich, wie auch der Anschlussbereich und der Verbindungsbereich, durch jeweils einen inneren und einen äußeren Hüllzylinder beschreibbar. Die Hüllzylinder sind insbesondere durch die Rotationsachse der Anschlussvorrichtung definiert, da die Rotationsachse mit der Zylinderachse der Hüllzylinder zusammenfällt. Der Zylinderdurchmesser wird für die äußeren Hüllzylinder durch die größte radiale Erstreckung einer Außenfläche des jeweiligen Bereichs, also dem größten Abstand dieser Fläche (Außenfläche) zu der Rotationsachse bestimmt. Und für die inneren Hüllzylinder wird der Zylinderdurchmesser durch den geringsten radialen Abstand der Innenfläche, also dem kleinsten Abstand dieser Fläche (Innenfläche) zu der Rotationsachse bestimmt. Bei einer zylindrischen Gestalt mit kreisrunder Querschnittsfläche eines solchen Bereichs, fällt dessen Innen-/Außenfläche mit dem jeweiligen Hüllzylinder zusammen.
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Vorzugsweise weist der innere Hüllzylinder des Rohrbereichs einen Durchmesser auf, welcher größer ist als ein Durchmesser, des äußeren Hüllzylinders des Anschlussbereichs. Durch eine derartige Wahl der Geometrie ist es insbesondere sichergestellt, dass, insbesondere nach dem planmäßigen Versagen des Sollbruchbereichs, der Anschlussbereich teleskopartig in den Rohrbereich, also in Richtung der Rotationsachse (Längsrichtung), hinein verschiebbar ist.
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Weiter ist zwischen diesem Sollbruchbereich und dem Anschlussbereich in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse, der Verbindungsbereich angeordnet. Dieser Verbindungsbereich ist in gleicherweise durch einen inneren und einen äußeren Hüllzylinder beschreibbar wie der Anschlussbereich und der Rohrbereich.
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Dabei ist dieser Verbindungsbereich vorzugsweise als ein Hohlkörper ausgebildet, vorzugsweise als ein hohlzylindrischer Körper. Vorzugsweise ist der Verbindungsbereich durch eine Innenfläche nach radial innen und durch eine Außenfläche nach radial außen begrenzt. Weiter vorzugsweise ist dieser Verbindungsbereich derart gestaltet, dass der Durchmesser des inneren Hüllzylinders des Verbindungsbereichs größer ist, als der Durchmesser des äußeren Hüllzylinders des Anschlussbereichs und gleichzeitig ist der Durchmesser des äußeren Hüllzylinders des Verbindungsbereichs kleiner als der Durchmesser des inneren Hüllzylinders des Rohrbereichs.
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Insbesondere durch eine derartige Gestaltung der Anschlussvorrichtung ist es ermöglicht, die Biegeeigenfrequenz, insbesondere durch den Verbindungsbereich, zu erhöhen und damit das Betriebsverhalten zu verbessern. Weiter ist es, insbesondere durch den Verbindungsbereich, ermöglicht den Umformgrad, wenigstens bereichsweise, zu verringern und damit die Herstellbarkeit der Anschlussvorrichtung zu verbessern.
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Insbesondere ist es durch die Abstufung der Durchmesser der Hüllzylinder für den Fall, dass der Sollbruchbereich unter axialer Beanspruchung planmäßig versagt, ermöglicht die Führung beim Zusammenschieben der Anschlussvorrichtung zu verbessern und so eine bessere Anschlussvorrichtung darzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sollbruchbereich als eine nach radial außengewölbte Verbindung zwischen dem Rohrbereich und dem Anschlussbereich ausgebildet (Wulst). Dabei ist der Sollbruchbereich vorzugsweise durch einen spanlosen Umformvorgang herstellbar. Weiter vorzugsweise weist der Sollbruchbereich tangentiale Übergänge vom Rohrbereich in den Sollbruchbereich und vom Verbindungsbereich in den Sollbruchbereich auf. Insbesondere durch einen derartigen spanlosen Umformvorgang wird ein ununterbrochener Faserverlauf der Werkstofffasern ermöglicht und dadurch ist ein besonders gut vorhersehbares Bruchverhalten an der Sollbruchstelle erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich in axialer Richtung an den Rohrbereich ein zweiter Anschlussbereich an. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussvorrichtung unmittelbar an ein zweites Antriebsstrangelement angeformt, beziehungsweise stoffschlüssig mit diesem verbindbar.
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Dabei ist der zweite Anschlussbereich vorzugsweise zur Verbindung mit einem weiteren Antriebsstrangelement eingerichtet. Die Anschlussvorrichtung ist so, insbesondere zur drehmomentleitenden, Verbindung zwischen zwei Antriebsstrangelemente, beispielsweise einem Schalt- oder Automatikgetriebeausgang und einem Achsgetriebeeingang, eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist dieser zweite Anschlussbereich zur formschlüssigen, kraftschlüssigen, stoffschlüssigen oder zu einer Verbindung mit wenigstens zwei der zuvor genannten Verbindungsarten eingerichtet. Vorzugsweise ist dieser Anschlussbereich als ein Teil einer Welle Nabe Verbindung ausgebildet. Insbesondere durch einen zweiten Anschlussbereich ist es besonders einfach ermöglicht die Anschlussvorrichtung zwischen zwei Antriebsstrang Elementen vorzusehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussvorrichtung wenigstens abschnittsweise oder vollständig als dünnwandiges Bauteil ausgeführt. Vorzugsweise als dünnwandiges Blechbauteil mit einer insbesondere rohrartigen Gestalt. Im Sinne der Erfindung ist unter dünnwandig zu verstehen, dass die Anschlussvorrichtung vorzugsweise wenigstens abschnittsweise, bevorzugt vollständig, eine mittlere Wandstärke aufweist, die größer ist als 0,5 mm, vorzugsweise größer ist als 0,75 mm, bevorzugt größer ist als 1,25 mm und besonders bevorzugt größer ist als 1,75 mm und weiter ist diese Wandstärke kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 4 mm, bevorzugt kleiner als 3 mm und besonders bevorzugt kleiner als 2,25 mm. Weiter vorzugsweise weist die Anschlussvorrichtung in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Wandstärken aus dem oben genannten Bereich auf. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit den angegebenen Wandstärken einerseits ein besonders leichtes Bauteil herstellbar ist und andererseits die auftretenden Kräfte sicher übertragbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anschlussvorrichtung als einen Bestandteil einen Stahlwerkstoff auf, bzw. besteht aus diesem. Weiter vorzugsweise weist die Anschlussvorrichtung als einen Bestandteil eine Aluminiumlegierung auf, bzw. besteht aus einer solchen. Insbesondere mit einer Anschlussvorrichtung aus einem Stahlwerkstoff ist eine besonders tragfähige Anschlussvorrichtungen darstellbar. Insbesondere mit einer Anschlussvorrichtung aus einer Aluminiumlegierung ist eine besonders leichte Anschlussvorrichtungen darstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens einer der nachfolgend genannten Bereiche der Anschluss Vorrichtungen eine hohlzylindrische Grundform auf. Weiter vorzugsweise weißen mehrere der nachfolgend genannten Bereiche und bevorzugt alle der nachfolgende genannten Bereiche eine hohlzylindrische Grundform auf, vorzugsweise mit einer kreisrunden Querschnittsfläche. Insbesondere der erste Anschlussbereich, der zweite Anschlussbereich, der Verbindungsbereich und der Rohrbereich sind Bereiche der Anschlussvorrichtung welche eine hohlzylindrische Grundform aufweisen können. Dabei bildet die Rotationsachse der Anschlussvorrichtung, um welche diese im planmäßigen Betrieb rotierbar gelagert ist und welche die Längsrichtung der Anschlussvorrichtung definiert, die Zylinderachse für diese hohlzylindrische Grundform bzw. fällt mit dieser zusammen. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche eines solchen Hohlzylinders eine kreisrunde Fläche bzw. eine Polygonfläche mit einer Vielzahl von „Ecken“, wobei unter einer Vielzahl vier oder mehr Ecken zu verstehen sind, vorzugsweise zwölf oder mehr und besonders bevorzugt 24 oder mehr Ecken. Vorzugsweise sind Ecken nicht als spitzwinkelig aufeinandertreffende Geraden oder ebene Flächen zu verstehen sondern können entsprechend Übergangsradien aufweisen. Insbesondere derartige Grundkörper weisen günstige Eigenschaften zur Drehmomentübertragung auf.
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Vorzugsweise ist der erste Anschlussbereich durch einen ersten Verjüngungsbereichs mit dem Verbindungsbereich verbunden und der Verbindungsbereich ist vorzugsweise über den Sollbruchbereich mit dem Rohrbereich verbunden. Weiter vorzugsweise ist die axiale Steifigkeit des Sollbruchbereichs, also die Steifigkeit in Richtung der Rotationsachse, geringer als die Steifigkeit dieses Verjüngungsbereichs in der gleichen Richtung. Weiter vorzugsweise ist auch die Festigkeit des Sollbruchbereichs in dieser Richtung geringer als die Festigkeit dieses Verjüngungsbereichs in dieser Richtung. Eine derartige Ausgestaltung führt insbesondere dazu, dass bei einer Belastung der Anschlussvorrichtung in Richtung der Rotationsachse der Sollbruchbereich deformiert wird, bevor eine derartige Deformation am Verjüngungsbereich auftritt.
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Weiter ist mit dieser Gestaltung auch erreichbar, dass der Sollbruchbereich unter axialer Belastung versagt, bevor der Verjüngungsbereich versagt.
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Vorzugsweise ist der zweite Anschlussbereich mit einem zweiten Verjüngungsbereich mit dem Rohrbereich verbindbar. Weiter vorzugsweise ist die axiale Steifigkeit des Sollbruchbereichs in Richtung der Rotationsachse geringer als die Steifigkeit des zweiten Verjüngungsbereichs in der gleichen Richtung. Weiter vorzugsweise ist auch die Festigkeit des Sollbruchbereichs in dieser Richtung geringer als die Festigkeit des zweiten Verjüngungsbereichs in dieser Richtung.
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Besonders bevorzugt weist der Sollbruchbereich die geringste Steifigkeit der Anschlussvorrichtung in Richtung der Rotationsachse auf und weiter vorzugsweise auch die geringste Festigkeit.
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Insbesondere mit einer derartigen Gestaltung der Anschlussvorrichtung ist das planmäßige Deformations- und Versagensverhalten der Anschlussvorrichtung bei einer vorbestimmbaren Belastung in Richtung der Rotationsachse erreichbar.
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Vorzugsweise ist die Steifigkeit und weiter vorzugsweise auch die Festigkeit in Richtung der Rotationsachse durch die Dimensionierung der Biegeradien und Wanddicke im Sollbruchbereich beziehungsweise in wenigstens einem oder beiden der Verjüngungsbereiche beeinflussbar.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1 einen Längsschnitt einer Anschlussvorrichtung.
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1 zeigt, einen Längsschnitt durch eine Anschlussvorrichtung 1, dabei weist diese einen ersten Anschlussbereich 1A, einen Verbindungsbereich 2A einen Sollbruchbereich 3, einen Rohrbereich 4 und einen zweiten Anschlussbereich 1B auf. Die Anschlussvorrichtung ist um die Rotationsachse 7 rotierbar, so dass mit dieser bei einer Drehung um die Rotationsachse 7 Drehzahl und Drehmoment übertragbar ist. Weiter weist die Anschlussvorrichtung 1 in einer Schnittebene (nicht dargestellt) welche orthogonal zur Rotationsachse 7 angeordnet ist einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Anschlussbereiche 1A und 1B sind zur Drehmomentübertragung auf die Antriebsstrangelemente (nicht dargestellt) eingerichtet und sind als Nabenabschnitte ausgebildet. Die Gestalt des Sollbruchbereichs 3 orientiert sich an den vorgegebenen axialen Kräften, also an Kräften in Richtung der Rotationsachse 7, unter welchen die Anschlussvorrichtung planmäßig abbrechen/versagen soll. In Richtung 9 orthogonal zur Rotationsachse 7 weist die Anschlussvorrichtung 1 radiale Erstreckung auf und in Richtung 8 dieser Achse 7 axiale Erstreckungen. Die Anschlussvorrichtung 1 weist im Wesentlichen eine konstante mittlere Wandstärke t auf.
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Insbesondere im Bereich von Biegungen können sich geringfügig von der mittleren Wandstärke t abweichende Wandstärken ergeben. Um ein planmäßiges ineinanderschieben der Bereiche 1A, 2, 4 zu ermöglichen ist eine besondere Durchmesserstufung dieser Bereiche notwendig. Dabei ist es von Bedeutung dass die größte äußere radiale Erstreckung des ersten Anschlussbereichs 5 kleiner ist als die kleinste radiale Erstreckung 10 der Innenfläche des Rohrbereichs 4.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine radiale Erstreckung 6 des Verbindungsbereichs 2, welche zwischen der radialen Erstreckung 5 und der radiale Erstreckung 10 liegt, eine besonders sichere Funktion der Anschlussvorrichtung, insbesondere beim planmäßigen Versagen des Sollbruchbereichs 3, erreichbar ist. Weiter vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn auch die kleinste innere radiale Erstreckung 2A des Verbindungsbereichs 2 größer ist als die größte äußere radiale Erstreckung 5 des ersten Anschlussbereichs.
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Der erste Verjüngungsbereich 11 ist zwischen dem ersten Anschlussbereich 1A sowie dem Verbindungsbereich 2 angeordnet. Die Steifigkeit des Verjüngungsbereichs 11 in Richtung der Rotationsachse 7 ist größer als die Steifigkeit des Sollbruchbereichs 3, welcher als Wulst zwischen dem Verbindungsbereich 2 und dem Rohrbereich 4 ausgebildet ist, in der gleichen Richtung. Weiter ist die Steifigkeit der Sollbruchbereichs 3 in dieser Richtung geringer als die Steifigkeit des zweiten Verjüngungsbereichs 12, zwischen dem Rohbereich 4 und dem zweiten Anschlussbereich 1B. Die Festigkeiten der Bereich 11, 12, 4 verhalten sich wie ihre Steifigkeiten, so dass unter axialer Belastung in Richtung der Rotationsachse 7 der Sollbruchbereich 3 planmäßig versagt, bevor andere Bereiche der Anschlussvorrichtung 1, insbesondere die Verjüngungsbereiche 11, 12 versagen. Dabei ist unter dem Versagen der Bruch beziehungsweise das Abreißen der Anschlussvorrichtung zu verstehen.
