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Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Antriebsstrangsystemen zur
Übertragung von Drehenergie (Drehmoment) von einer Quelle für Drehenergie
(Drehmomentquelle) zu einer drehbar angetriebenen Einrichtung.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem weiterentwickelten Verfahren zur
Herstellung einer Antriebswelle zum Einsatz bei einem derartigen
Antriebsstrangsystem, welche im Falle einer Kollision zur Absorption von Energie axial
zusammenschiebbar ist.
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Antriebsstrangsysteme werden häufig zur Erzeugung von Energie von einer
Quelle und zur Übertragung dieser Energie von der Quelle zu einer
getriebenen Einrichtung eingesetzt. Häufig erzeugt die Quelle Drehenergie
(Drehmoment), und diese Drehenergie (Drehmoment) wird von der Quelle auf die
drehbar angetriebene Einrichtung übertragen. Bei den meisten heutzutage im
Einsatz befindlichen Landfahrzeugen beispielsweise erzeugt eine
Brennkraftmaschinen/Getriebe-Anordnung Drehenergie (Drehmoment), und diese
Drehenergie (Drehmoment) wird von einer Ausgangswelle auf die
Brennkraftmaschinen/Getriebe-Anordnung über eine Antriebswellenanordnung zu einer
Eingangswelle einer Achsanordnung derart übertragen, daß die Räder des
Fahrzeugs drehangetrieben werden. Hierzu umfaßt in typischer Weise eine
Antriebswellenanordnung ein hohles, zylindrisches Antriebswellenrohr
(zylindrische Antriebshohlwelle), welche ein Paar von Endanschlüssen hat, wie ein
Paar von Rohrgabeln, welche fest mit den vorderen und hinteren Enden der
Welle verbunden sind. Der vordere Endanschluß bildet einen Teil eines
vorderen Univeralgelenks, welches die Ausgangswelle der
Brennkraftmaschinen/Getriebeanordnung mit dem vorderen Ende der Antriebshohlwelle
verbindet. In ähnlicher Weise bildet der hintere Endanschluß einen Teil eines
hinteren Universalgelenks, welches das hintere Ende der Antriebshohlwelle mit der
Eingangswelle der Achsanordnung verbindet. Die vorderen und hinteren
Universalgelenke bilden eine Drehantriebsverbindung von der Ausgangswelle der
Brennkraftmaschinen/Getriebeanordnung über die Antriebshohlwelle mit der
Eingangswelle der Achsanordnung, wobei zugleich eine begrenzte
Winkelfehlausrichtung zwischen den Drehachsen dieser drei Wellen ausgeglichen
wird.
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Bei der Entwicklung von Personenfahrzeugen, Sportfahrzeugen und
Kleinlastwagen sowie weiteren Fahrzeugen besteht heutzutage der Trend
dahingehend, die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs derart auszulegen,
daß während einer Kollision Energie absorbiert werden kann. Hierdurch kann
man eine zusätzliche Sicherheit für die Fahrgäste im Fahrzeug bereit stellen.
Als Teil dieser Entwicklungstendenz ist es bekannt, die Antriebsstrangsysteme
von Fahrzeugen derart auszulegen, daß sie in axialer Richtung
zusammenschiebbar sind, um während einer Kollision Energie zu absorbieren. Hierzu
kann eine Antriebshohlwelle als eine Anordnung aus ersten und zweiten
Antriebswellenabschnitten ausgebildet sein, welche miteinander zur Ausführung
einer gleichzeitigen Drehbewegung während des normalen Betriebs ausgelegt
sind, welche sich aber axial relativ zueinander bewegen können, wenn relativ
große axiale Druckkräfte einwirken, welche beispielsweise bei einer Kollision
auftreten können. Eine Vielzahl von unterschiedlichen, in Axialrichtung
zusammenschiebbaren Antriebswellenanordnungen ist an sich bekannt. Die
einteilig ausgelegten, axial zusammenschiebbaren
Antriebswellenanordnungen sind jedoch hinsichtlich der Herstellung relativ zeitraubend und teuer.
Daher ist es erwünscht, ein weiter entwickeltes Verfahren zur Herstellung einer
Antriebswelle zum Einsatz in einem Fahrzeug-Antriebsstrangsystem zu
haben, welches in axialer Richtung im Falle einer Kollision zusammenschiebbar
ist, um Energie zu absorbieren und welche hinsichtlich der Anordnung und
Auslegung einfach und kostengünstig darzustellen ist.
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Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle
zum Einsatz in einem Fahrzeug-Antriebsstrangsystem bereitgestellt, welche im
Falle einer Kollision zur Absorption von Energie axial zusammenschiebbar ist.
Ein Werkstück, wie ein hohles, zylindrisches Rohr (zylindrische Hohlwelle) wird
mittels Hydroformen verformt, um eine Einleitungszone für das axiale
Zusammenschieben zu bilden. Die Einleitungszone für das axiale
Zusammenschieben kann von einer Mehrzahl von axial verlaufenden Rippen oder Wellungen
gebildet werden, welche an einem Mittelabschnitt des Rohrs bzw. der
Hohlwelle ausgebildet sind. Die Einleitungszone für das axiale Zusammenschieben
ist derart beschaffen und ausgelegt, daß die Drehmomentübertragung über
die Antriebswelle ohne jegliche Verformung unter den üblichen
Betriebsbedingungen erfolgen kann. Wenn jedoch eine relativ große axiale Kraft auf die
vorderen und hinteren Endabschnitte der Antriebswelle einwirkt, ist die
Einleitungszone für das axiale Zusammenschieben derart beschaffen und
ausgelegt, daß eine relative axiale Bewegung zugelassen wird, welche zwischen
den vorderen und hinteren Endabschnitten der Antriebswelle auftritt. Diese
Funktion zum Zusammenschieben, um Energie während einer Kollision zu
absorbieren, führt zu einer zusätzlichen Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
Gegebenenfalls kann die Antriebswelle mittels Hydroformen ausgebildet
werden, und sie kann integral ausgebildete Gabelabschnitte an ihren Enden
aufweisen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:
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Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeug-
Antriebsstrangsystems einschließlich einer axial
zusammenschiebbaren Antriebswelle, welches gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform des Verfahren nach der Erfindung ausgelegt ist;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hydroformwerkzeugs, in
welchem ein Abschnitt eines Werkstücks vor der Verformung angeordnet
ist, um die in axialer Richtung zusammenschiebbare Antriebswelle
nach Fig. 1 auszubilden;
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Hydroformwerkzeugs nach
Fig. 2 zur Verdeutlichung des Abschnitts der axial
zusammenschiebbaren Antriebswelle nach der Verformung; und
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer in axialer Richtung zusammenschiebbaren
Antriebswelle, welche gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in Fig. 1 ein Antriebsstrangsystem
dargestellt, welches insgesamt mit 10 bezeichnet ist und für ein Fahrzeug
bestimmt ist, um Drehenergie (Drehmoment) von einer
Brennkraftmaschinen/Getriebeanordnung auf eine Mehrzahl von getriebenen Rädern (nicht
gezeigt) zu übertragen. Das dargestellte Antriebsstrangsystem 10 ist im
allgemeinen auf übliche Weise ausgelegt und dient nur zur Verdeutlichung der
Umgebung, in welcher die Erfindung zum Einsatz kommen kann. Somit ist der
Schutzumfang der Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall der spezifischen
Auslegung eines Fahrzeug-Antriebsstrangsystems nach Fig. 1 oder auf ein
Fahrzeug-Antriebsstrangsystem im allgemeinen beschränkt.
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Das Antriebsstrangsystem 10 umfaßt ein Getriebe 12, welches eine
Ausgangswelle (nicht gezeigt) hat, welche mit einer Eingangswelle (nicht gezeigt)
einer Achsanordnung 14 über eine Antriebswellenanordnung 16 verbunden ist.
Das Getriebe 12 wird durch eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) oder eine
andere Drehenergiequelle auf übliche Art und Weise drehangetrieben. Die
Antriebswellenanordnung 16 umfaßt eine im allgemeinen hohle, zylindrische
Antriebshohlwelle, welche insgesamt mit 18 bezeichnet ist. Die
Antriebshohlwelle 18 umfaßt einen Mittelabschnitt, welcher sich zwischen einem Paar von
gegenüberliegenden Endabschnitten 22a und 22b erstreckt. Eine
Einleitungszone 18a für ein axiales Zusammenschieben ist an der Antriebshohlwelle 18
zwischen dem Endabschnitt 22a und 22b ausgebildet. Der Aufbau, die
Herstellungsweise und die Funktionsweise der Einleitungszone 18 für das axiale
Zusammenschieben werden nachstehend näher erläutert. Bei der
dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Mittelabschnitt der Antriebshohlwelle
18 derart ausgebildet, daß er einen größeren Außendurchmesser als die
Endabschnitte 22a und 22b hat. Somit sind entsprechende Übergangsbereiche
21a und 21b zwischen dem durchmessergrößeren Mittelabschnitt der
dargestellten Antriebswelle 18 und den jeweiligen durchmesserkleineren
Endabschnitten 22a und 22b gebildet. Jedoch kann die Antriebshohlwelle 18 auch
derart ausgebildet werden, daß sie über die gesamte Längserstreckung
hinweg einen konstanten Durchmesser hat, oder es kann auch andere
Ausgestaltungsformen gewählt werden. Alternativ kann die einzige Antriebshohlwelle
18 durch eine zusammengesetzte Antriebswellenanordnung (nicht gezeigt)
ersetzt werden, welche gesonderte erste und zweite Antriebswellenabschnitte
hat, die mittels einer Mittellageranordnung zwischen dem Getriebe 12 und der
Achsanordnung 14 gelagert sind. Die Antriebshohlwelle 18 kann aus
irgendeinem geeigneten Material, wie einer gewichtsmäßig leichten
Aluminiumlegierung (6061 Legierung beispielsweise), Stahl oder dergleichen ausgebildet
sein.
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Die Ausgangswelle des Getriebes 12 und die Eingangswelle der
Achsanordnung 14 sind zur Ausführung einer Drehbewegung in typischer Weise nicht
koaxial ausgerichtet. Zum Ausgleich hierfür ist ein Paar von
Universalgelenken, welche insgesamt mit 24a und 24b bezeichnet sind, an den
Endabschnitten 22a und 22b der Antriebshohlwelle 18 vorgesehen, um jeweils die
Antriebshohlwelle 18 mit der Ausgangswelle des Getriebes 12 und mit der
Eingangswelle der Achsanordnung 14 zu verbinden. Das Universalgelenk 24a
umfaßt eine erste Gabel, wie eine Rohrgabel 26a, welche fest mit dem
vorderen Endabschnitt 22a der Antriebshohlwelle 18 auf irgendeine geeignete
Weise, wie mittels Schweißen oder Klebstoffen, fest verbunden. Das erste
Universalgelenk 24a umfaßt ferner eine zweite Gabel, wie eine halbrunde Endgabel
28a, welche mit der Ausgangswelle des Getriebes 12 verbunden ist. In
ähnlicher Weise umfaßt das zweite Universalgelenk 24b eine erste Gabel, wie eine
Rohrgabel 26b, welche fest mit dem hinteren Endabschnitt 22b der
Antriebshohlwelle 18 mit Hilfe von entsprechenden, bekannten geeigneten
Einrichtungen, wie mittel Schweißen oder Klebstoffen, fest verbunden ist. Das zweite
Universalgelenk 24b umfaßt ferner eine zweite Gabel, wie eine halbrunde
Endgabel 28b, welche mit der Eingangswelle der Achsanordnung 14
verbunden ist.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird eine erste bevorzugte
Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Antriebshohlwelle 18 näher
erläutert. Zu Beginn wird ein Hydroformwerkzeug, welches allgemein mit 30
bezeichnet ist, vorgesehen, welches ein Paar von gegenüberliegenden
Formteilen 31 und 32 hat. Die Formteile 31 und 32 sind relativ beweglich zwischen
Offen- und Schließpositionen in einer Hydroformvorrichtung (nicht gezeigt)
gelagert. Die Hydroformvorrichtung selbst ist von üblicher Bauart und umfaßt
ein stationäres Teil (welches in typischer Weise als ein Bett bezeichnet wird)
und an welchem das zweite Formteil 32 fest angebracht ist, ein bewegliches
Teil (welches typischerweise als ein Schlitten oder ein Druckkolben bezeichnet
wird) und welches das erste Formteil 31 aufweist, welches an diesem befestigt
ist, und eine Betätigungseinrichtung zum selektiven Gleitbewegen der beiden
Teile aufeinander zu und von einander weg. Wie am deutlichsten aus Fig. 2
zu ersehen ist, haben die Formteile 31 und 32 zusammenwirkende
Ausnehmungen 31a und 32a, welche darin ausgebildet sind, und die zusammen
einen inneren Formhohlraum bilden (welcher eine vorbestimmte Form hat). Der
dargestellte Formhohlraum des Formwerkzeugs 30 hat eine
Querschnittsgestalt, welche im allgemeinen in axialer Richtung Rippen oder Wellungen
aufweist. Jedoch kann der Formhohlraum auch derart ausgebildet sein, daß er
irgendeine andere geeignete Querschnittsgestalt hat, welche ermöglicht, daß
man eine Einleitungszone für ein axiales Zusammenschieben einer
Antriebswelle 18 auf die nachstehend beschriebene Weise erhält.
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Zu Beginn des Herstellungsverfahrens sind die Formteile 31 und 32 anfänglich
in ihre Offenposition bewegt, in welcher die Formteile 31 und 32 voneinander
beabstandet sind, um zu ermöglichen, daß ein Werkstück 33, wie bei dem
dargestellten Beispiel ein hohles zylindrisches Rohr, zwischen diesen
eingeführt werden kann. Dann werden die Formteile 31 und 32 des Formwerkzeugs
30 in die Schließposition um das Rohr 33 bewegt, wie dies aus Fig. 2 zu
ersehen ist. Wenn die Formteile in ihrer Schließposition bewegt sind, sind die
Formteile 31 und 32 angrenzend aneinander derart angeordnet, daß sie das
Werkstück 33 in dem Formhohlraum umschließen. Obgleich der
Formhohlraum üblicherweise etwas größer als das durch Hydroformen herzustellende
und auszubildende sowie zu verformende Werkstück 33 ist, kann eine
Bewegung des Schlittens in Richtung auf das Bett unter manchen Bedingungen zu
einer gewissen mechanischen Verformung des Werkstücks 33 führen.
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Dann wird entsprechend Fig. 3 das Werkstück mit einem Fluid, typischer
Weise eine relativ inkompressible Flüssigkeit, wie Wasser, gefüllt. Der Druck
des Fluids in dem Werkstück 33 wird auf einen solchen Wert erhöht, daß der
Abschnitt des Werkstücks 33, welcher in dem Formhohlraum angeordnet ist,
in Richtung nach außen unter Anpassung an die Ausnehmungen 31a und 32a
der Formteile 31 und 32 jeweils verformt wird. Infolge dieser Deformation wird
der Abschnitt des Werkstücks 33 verformt, und hat eine Mehrzahl von axial
verlaufenden Wellungen oder Rippen 33a. Die Mehrzahl von Wellungen 33
bilden die Einleitungszone 18a für das axiale Zusammenschieben gemäß der
voranstehenden Beschreibung. Anschließend wird der Schlitten von dem Bett
weg bewegt, so daß die Formteile 31 und 32 wiederum einen Abstand
voneinander haben. Somit kann das verformte Werkstück 33 entnommen werden
und das nächste zu verformende Werkstück kann zwischen die Formteile
eingelegt werden.
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Während des normalen Betriebs des Antriebsstrangsystems 10 wird ein
Drehmoment von dem Getriebe 12 über die Antriebswellenanordnung 16 auf
die Achsanordnung 14 übertragen. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist der
vordere Endabschnitt 22a der Antriebswelle 18 mit der Ausgangswelle des
Getriebes 12 über das erste Universalgelenk 24a verbunden, und der hintere
Endabschnitt 22b der Antriebswelle 18 ist mit der Eingangswelle der
Achsanordnung 14 über das zweite Universalgelenk 24b verbunden. Die
Einleitungszone 18 für das axiale Zusammenschieben bei der Antriebswelle 18 (gebildet
durch die Wellungen 33a) ist derart beschaffen und ausgelegt, daß die
Übertragung dieses Drehmoments ohne jegliche Verformung unter normalen
Betriebsbedingungen möglich ist. Während diesen normalen
Betriebsbedingungen des Antriebsstrangsystems 10 tritt keine relative axiale Bewegung
zwischen den vorderen und hinteren Endabschnitten 22a und 22b der
Antriebswelle 18 auf.
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Wenn jedoch eine relativ große axiale Kraft auf die vorderen und hinteren
Endabschnitte 22a und 22b der Antriebswelle 18 einwirkt, dann ist die
Einleitungszone 18a für das axiale Zusammenschieben derart beschaffen und
ausgelegt, daß eine relative axiale Bewegung zwischen den vorderen und
hinteren Endabschnitten 22a und 22b der Antriebswelle 18 auftreten kann. Die
Einleitungszone 18a für das axiale Zusammenschieben stellt einen Abschnitt
der Antriebswelle 18 dar, welcher relativ schwächer hinsichtlich der axialen
Festigkeit als die anderen Teile der Antriebswelle 18 ist. Wenn daher eine
relativ große axiale Kraft auf die vorderen und hinteren Endabschnitte 22a und
22b der Antriebswelle 18 einwirkt, wie dies bei einem nach vorne gerichteten
Aufprallstoß des Fahrzeugs mit einem anderen Gegenstand, auftreten kann,
so wird die Gesamtlänge der Antriebswelle 18 zusammengeschoben oder
verkürzt sich in axialer Richtung, wodurch Energie absorbiert wird. Diese
Zusammenschiebefunktion zur Absorption von Energie während einer Kollision stellt
eine zusätzliche Sicherheit für die Fahrzeuginsassen dar. Natürlich kann die
Einleitungszone 18a für das axiale Zusammenschieben in irgendeiner
gewünschten Gestalt ausgelegt werden, mit welcher sich diese Funktion
verwirklichen läßt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine axial zusammenschiebbare
Antriebswelle insgesamt mit 40 bezeichnet, welche gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt worden ist.
Diese modifizierte Antriebswelle 40 umfaßt einen Mittelabschnitt 41, welcher
zwischen einem Paar von integral ausgebildeten, gegenüberliegenden
Gabelabschnitten 42 verläuft. Eine Einleitungszone 41a für das axiale
Zusammenschieben ist an dem Mittelabschnitt der Antriebswelle 40 zwischen dem
Gabelabschnitt 42 ausgebildet. Jeder der Gabelabschnitte 42 umfaßt ein Paar
von gegenüberliegenden Armen 42a, welche fluchtende Öffnungen 42b
haben, welche durch dieselben gehen. Die gesamte modifizierte Antriebswelle
40 einschließlich der Einleitungszone 41a für das axiale Zusammenschieben
und der Gabelabschnitt 42 können aus einem rohrförmigen Ausgangsmaterial
mittels Hydroformen auf die zuvor beschriebene Weise hergestellt werden. Im
Anschluß an das Hydroformen kann es erforderlich oder erwünscht sein,
einige Materialteile an den Enden des Werkstücks zu entfernen, um die
Gabelabschnitte 42 zu bilden.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen
Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform und deren erläuterte
Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und
Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den
Erfindungsgedanken zu verlassen.