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Die Erfindung betrifft eine Kardanwelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Kardanwellen sind beispielsweise bei Motorrädern bekannt, um ein antriebsseitiges Drehmoment von dem Getriebe des Motorrads auf das angetriebene Rad zu übertragen. Dabei sind die Kardanwellen nach dem Stand der Technik als Doppelrohr mit zwei konzentrischen Rohren ausgebildet. Zur rotatorischen Dämpfung der Kardanwelle ist zwischen den beiden Rohren ein Gummidämpfungselement angeordnet, welches bei Drehmomentbeaufschlagung eine relative Verdrehung der beiden Rohre erlaubt, weil dabei das Gummidämpfungselement zwischen den Rohren auf Scherung beansprucht wird. Eine solche rotatorische Dämpfung dient bei Motorrädern dem harmonischen Schalten der Getriebeübersetzungen und dem Fahren.
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Allerdings ist einen solche Kardanwelle nur auf einen spezifischen Betriebspunkt ausgelegt. Dies hat den Nachteil, dass in anderen Betriebspunkten die Dämpfung noch zu verbessern ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kardanwelle zu schaffen, die hinsichtlich der Dämpfung verbessert ist und in Bezug auf verschiedene Betriebspunkte ausgelegt ist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kardanwelle mit einem ersten Rohr und einem zweiten Rohr, wobei das erste Rohr und das zweite Rohr konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei das erste Rohr das zweite Rohr radial außen zumindest teilweise übergreift, wobei zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr ein Dämpferelement angeordnet ist, welches sowohl mit dem ersten Rohr als auch mit dem zweiten Rohr verbunden ist, wobei das erste Rohr in einen Basisbereich und zumindest ein Ringelement unterteilt ist und wobei ein Aktuator vorgesehen ist, mittels welchem der Basisbereich und zumindest ein Ringelement miteinander drehfest koppelbar sind. Dadurch kann je nach Einstellung des Aktuators und der Kopplung von Basisbereich und Ringelementen die Steifigkeit der Kardanwelle verändert bzw. eingestellt werden. Durch eine zunehmende drehfeste Kopplung von einer zunehmenden Anzahl von Ringelementen mit dem Basisbereich wird die Anzahl der Kopplungen zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr verstärkt, was die Steifigkeit bei Verdrehung des ersten Rohrs zum zweiten Rohr vergrößert. Ist der Basisbereich beispielsweise nicht mit einem Ringelement drehfest gekoppelt, so ist die Steifigkeit am geringsten. Ist der Basisbereich beispielsweise mit sämtlichen Ringelementen drehfest gekoppelt, so ist die Steifigkeit am größten. Ist der Basisbereich beispielsweise mit einer definierten Anzahl von Ringelementen, aber nicht mit allen Ringelementen, drehfest gekoppelt, so ist die Steifigkeit auf einen Zwischenwert eingestellt. Dadurch kann die Steifigkeit der Kardanwelle eingestellt werden, um an verschiedene Betriebspunkte gezielt angepasst werden zu können.
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So ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Ringelementen vorgesehen ist, die benachbart zueinander angeordnet sind. Durch die Anzahl der Ringelemente kann die Einstellbarkeit der Steifigkeit der Kardanwelle bestimmt werden. Je mehr Ringelemente vorgesehen sind, umso feiner kann die Einstellung der Steifigkeit der Kardanwelle vorgenommen werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement im Basisbereich und im Bereich des zumindest einen Ringelements zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass eine Kopplung des ersten Rohrs und des zweiten Rohrs sowohl im Basisbereich als auch im Bereich des jeweiligen Ringelements vorgenommen werden kann, je nachdem, welche bzw. wie viele Ringelemente mit dem Basisbereich drehfest gekoppelt sind.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement im Bereich zwischen dem Basisbereich und einem Ringelement und/oder zwischen zwei Ringelementen ausgebildet oder ausgespart ist. Ist das Dämpfungselement auch zwischen dem Basisbereich und dem benachbarten Ringelement bzw. zwischen Ringelementen ausgebildet, so kann es eine verstärkende Wirkung aufweisen, weil vermehrt Material vorgesehen ist. Ist das Dämpfungselement nicht zwischen dem Basisbereich und dem benachbarten Ringelement bzw. zwischen Ringelementen ausgebildet, so kann eine schärfere Trennung der Dämpfungswirkung bewirkt werden, je nachdem, wie viele Ringelemente drehfest gekoppelt sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Aktuator eine verlagerbare Schiebehülse aufweist, welche dazu vorgesehen ist, je nach Stellung der Schiebehülse, den Basisbereich mit zumindest einem Ringelement drehfest zu koppeln oder zu entkoppeln. Durch die Verwendung der Schiebehülse kann eine Kopplung eines Ringelements oder auch mehrerer Ringelemente mit dem Basisbereich in einfacher und zuverlässiger Weise erfolgen. Die Schiebehülse kann dabei vorteilhaft weggesteuert verlagert werden, um die Kopplung zu bewirken oder um die Kopplung aufzuheben.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Schiebehülse, der Basisbereich und das zumindest eine Ringelement jeweils mit zumindest einem Formschlusselement ausgebildet, um die Schiebehülse mit dem Basisbereich und/oder mit zumindest einem der Ringelemente drehfest zu koppeln. Dadurch wird eine drehfeste Kopplung erreicht, weil die Schiebehülse mit dem Basisbereich als auch mit zumindest einem Ringelement eine formschlüssige Verbindung eingeht und so den Basisbereich mit dem zumindest einen Ringelement koppelt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schiebehülse eine Innenverzahnung und der Basisbereich und das zumindest eine Ringelement jeweils eine Außenverzahnung aufweisen, um die Schiebehülse mit dem Basisbereich und/oder mit zumindest einem der Ringelemente drehfest zu koppeln. Durch solche Innenverzahnungen bzw. Außenverzahnungen kann der Formschluss auch bei Verdrehung des ersten Rohrs zum zweiten Rohr erreicht werden, weil durch die Anzahl der Zähne eine hohe Periodizität der Verzahnung erreicht wird.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn der Aktuator einen Stellantrieb aufweist, mittels welchem die Schiebehülse in Längsrichtung der Rohre verlagerbar ist. Dadurch kann die axiale Position der Schiebehülse relativ zum Basisbereich bzw. relativ zu den Ringelementen gesteuert werden, um die Steifigkeit der Kardanwelle gezielt steuern zu können.
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Bevorzugt ist es, wenn der Stellantrieb einen Elektromotor mit einem Untersetzungsgetriebe aufweist, wie insbesondere mit einem Schraubengetriebe oder mit einem Schneckengetriebe. Dadurch kann ein üblicherweise schnell drehender Elektromotor eingesetzt werden, um präzise die Verschiebung der Schiebehülse vorzunehmen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Rohr antriebsseitig verbindbar ist und das zweite Rohr abtriebsseitig verbindbar ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kardanwelle nach dem Stand der Technik, und
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kardanwelle.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kardanwelle 1 nach dem Stand der Technik.
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Die Kardanwelle 1 ist mit einem ersten Rohr 2 und mit einem zweiten Rohr 3 ausgebildet. Das erste Rohr 2 und das zweite Rohr 3 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das erste Rohr 2 das zweite Rohr 3 radial außen zumindest teilweise in axialer Richtung übergreift. Dies bedeutet, dass die beiden Rohre 2, 3 über einen Teilbereich ihrer axialen Erstreckung ineinander verlaufen.
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Das erste Rohr 2 weist an seinem einen Endbereich 4 einen geschlossenen Abschluss 5 auf, welcher von einem Antrieb 6 drehantreibbar ist. Dabei kann das erste Rohr 2 beispielsweise einem Getriebe eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nachgeschaltet sein.
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Das zweite Rohr 3 weist an seinem einen Endbereich 7 einen Abschluss, beispielsweise als Kegeltrieb 8, 9 auf, welcher abtriebsseitig beispielsweise eine Achse eines Kraftfahrzeugs antreibt.
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Radial zwischen dem ersten Rohr 2 und dem zweiten Rohr 3 ist ein Dämpferelement 10 angeordnet, welches sowohl mit dem ersten Rohr 2 als auch mit dem zweiten Rohr 3 verbunden ist. Das Dämpferelement 10 ist als ringförmiges Dämpferelement ausgebildet, welches sich an die Innenfläche 11 des ersten Rohrs 2 anlegt und an die Außenfläche 12 des zweiten Rohrs 3 anlegt und dort jeweils mit dem ersten Rohr 2 bzw. mit dem zweiten Rohr 3 verbunden ist. Bei einer Drehmomentanregung an dem ersten Rohr 2 kann das zweite Rohr 3 unter einer Scherwirkung des Dämpferelements 10 relativ zum ersten Rohr 2 verdreht werden, um eine Dämpfungswirkung zu erzielen.
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Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Kardanwelle 21.
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Die Kardanwelle 21 ist mit einem ersten Rohr 22 und mit einem zweiten Rohr 23 ausgebildet. Das erste Rohr 22 und das zweite Rohr 23 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das erste Rohr 22 das zweite Rohr 23 radial außen zumindest teilweise in axialer Richtung übergreift, wie es in 2 zu erkennen ist. Dies bedeutet, dass die beiden Rohre 22, 23 über einen Teilbereich ihrer axialen Erstreckung ineinander angeordnet verlaufen.
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Das erste Rohr 22 ist als Hohlkörper ausgebildet, wobei das zweite Rohr 23 grundsätzlich auch massiv ausgebildet sein kann.
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Das erste Rohr 22 weist an seinem einen Endbereich 24 einen geschlossenen Abschluss 25 auf, welcher von einem Antrieb 26 drehantreibbar ist. Dabei kann das erste Rohr 22 beispielsweise einem Getriebe eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nachgeschaltet sein. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Motorrad. Alternativ zu dem geschlossenen Abschluss 25 kann das erste Rohr 22 grundsätzlich auch einen offenen Abschluss aufweisen.
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Das zweite Rohr 23 weist an seinem einen Endbereich 27 einen Abschluss, beispielsweise als Kegeltrieb 28, 29 auf, welcher abtriebsseitig beispielsweise eine Achse eines Kraftfahrzeugs antreibt.
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Radial zwischen dem ersten Rohr 22 und dem zweiten Rohr 23 ist ein Dämpferelement 30 angeordnet, welches sowohl mit dem ersten Rohr 22 als auch mit dem zweiten Rohr 23 verbunden ist. Das Dämpferelement 30 ist als ringförmiges Dämpferelement ausgebildet, welches sich an die Innenfläche 31 des ersten Rohrs 22 anlegt und an die Außenfläche 32 des zweiten Rohrs 23 anlegt und dort jeweils mit dem ersten Rohr 22 bzw. mit dem zweiten Rohr 23 verbunden ist.
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Bei einer Drehmomentanregung an dem ersten Rohr 22 kann das zweite Rohr 23 unter einer Scherwirkung des Dämpferelements 30 relativ zum ersten Rohr 22 verdreht werden, um eine Dämpfungswirkung zu erzielen.
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Im Gegensatz zu der Darstellung nach 1 ist bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 2 das erste Rohr 22 derart ausgebildet, dass es in einen Basisbereich 33 und zumindest ein Ringelement 34 unterteilt ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind drei Ringelemente 34 vorgesehen. Es können aber auch mehr oder weniger Ringelemente 34 vorgesehen sein, wie nur ein Ringelement 34, zwei Ringelemente 34 oder auch vier oder fünf oder mehr Ringelemente 34. Die Ringelemente 34 sind jeweils ebenfalls mittels eines Dämpferelements 35 mit dem zweiten Rohr 23 verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist somit eine Mehrzahl von Ringelementen 34 vorgesehen, die in axialer Richtung benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei ist die axiale Richtung die Richtung der Längsachse 36 des ersten Rohrs 22 und des zweiten Rohrs 23.
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Das Dämpferelement 30, 35 ist im Bereich zwischen dem Basisbereich 33 und einem Ringelement 34 und/oder zwischen zwei Ringelementen 34 ausgespart. Alternativ dazu kann das Dämpferelement 30, 35 auch im Bereich zwischen dem Basisbereich 33 und einem Ringelement 34 und/oder zwischen zwei Ringelementen 34 ausgebildet sein, was allerdings nicht gezeigt ist. So ist das Dämpfungselement 30, 35 im Basisbereich 33 und im Bereich des zumindest einen Ringelements 34 zwischen dem ersten Rohr 22 und dem zweiten Rohr 23 angeordnet.
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Weiterhin ist ein Aktuator 37 vorgesehen, mittels welchem der Basisbereich 33 und zumindest ein Ringelement 34 miteinander drehfest koppelbar sind. Dadurch wird erreicht, dass der Bereich der drehfesten Kopplung und der Kupplung zwischen dem ersten Rohr 22 und dem zweiten Rohr 23 verlängerbar oder kürzbar ist, so dass die Dämpfung einstellbar ist.
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Der Aktuator 37 weist eine verlagerbare Schiebehülse 38 auf, welche dazu vorgesehen ist, je nach Stellung der Schiebehülse 38, den Basisbereich 33 mit zumindest einem Ringelement 34 oder mit mehreren Ringelementen 34 drehfest zu koppeln, wenn die Schiebehülse 38 den Basisbereich mit zumindest einem Ringelement 34 verbindet, oder zu entkoppeln, wenn die Schiebehülse 38 den Basisbereich mit zumindest einem Ringelement 34 nicht verbindet.
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Dazu weisen die Schiebehülse 38, der Basisbereich 33 und das zumindest eine Ringelement 34 jeweils zumindest ein Formschlusselement 39, 40 auf, um die Schiebehülse 38 mit dem Basisbereich 33 und/oder mit zumindest einem der Ringelemente 34 drehfest zu koppeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Schiebehülse 38, der Basisbereich 33 und das zumindest eine Ringelement 34 derart ausgebildet, dass die Schiebehülse 38 eine Innenverzahnung 41 und der Basisbereich 33 und das zumindest eine Ringelement 34 jeweils eine Außenverzahnung 39, 40 aufweisen, um die Schiebehülse 38 mit dem Basisbereich 33 und/oder mit zumindest einem der Ringelemente 34 drehfest zu koppeln.
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Zur Verlagerung bzw. Betätigung der Schiebehülse 38 weist der Aktuator 37 einen Stellantrieb 42 auf, mittels welchem die Schiebehülse 38 in Längsrichtung der Rohre 22, 23 verlagerbar ist. Dabei kann der Stellantrieb 42 bei einem Ausführungsbeispiel als ein Elektromotor mit einem Untersetzungsgetriebe ausgebildet sein, wie insbesondere mit einem Schraubengetriebe oder mit einem Schneckengetriebe. Dadurch kann die hohe Drehzahl des Elektromotors in eine langsame aber präzise Betätigung der Schiebehülse 38 umgesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kardanwelle
- 2
- erstes Rohr
- 3
- zweites Rohr
- 4
- Endbereich
- 5
- geschlossener Abschluss
- 6
- Antrieb
- 7
- Endbereich
- 8
- Kegeltrieb
- 9
- Kegeltrieb
- 10
- Dämpferelement
- 11
- Innenfläche
- 12
- Außenfläche
- 21
- Kardanwelle
- 22
- erstes Rohr
- 23
- zweites Rohr
- 24
- Endbereich
- 25
- geschlossener Abschluss
- 26
- Antrieb
- 27
- Endbereich
- 28
- Kegeltrieb
- 29
- Kegeltrieb
- 30
- Dämpferelement
- 31
- Innenfläche
- 32
- Außenfläche
- 33
- Basisbereich
- 34
- Ringelement
- 35
- Dämpferselement
- 36
- Längsachse
- 37
- Aktuator
- 38
- Schiebehülse
- 39
- Formschlusselement bzw. Außenverzahnung
- 40
- Formschlusselement bzw. Außenverzahnung
- 41
- Innenverzahnung
- 42
- Stellantrieb
