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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 Kugelgleichlaufgelenk (CVJ – constant velocity joint) miteinander verbunden sind, um eine Antriebsseite des Kraftfahrzeugs mit einer Abtriebsseite des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Die Längswellenanordnung wird regelmäßig zur Übertragung der Antriebskraft 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 und bei Einbau des Antriebs im vorderen Bereich des Fahrzeugs zumindest einen Teil der Antriebskraft auf die hinteren Räder überträgt bzw. bei Anordnung des Antriebs im hinteren Bereich zumindest einen Teil der Antriebskraft auf die vorderen Räder überträgt.
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Längswellenanordnungen stellen im Kraftfahrzeug eine steife Konstruktion dar, die insbesondere hinsichtlich ihres Crash-Verhaltens auszulegen sind. 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.
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Solche Längswellenanordnungen weisen zumindest eine erste Welle und eine zweite Welle auf, über die die Antriebskraft des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Die Wellen werden dabei über ein Kugelgleichlaufgelenk miteinander verbunden, das bevorzugt über einen begrenzten Axialverschiebebereich (Verschiebegelenk) verfügt. Durch den Axialverschiebebereich des Kugelgleichlaufgelenkes werden Bewegungen von einzelnen Komponenten der Längswellenanordnung oder des Kraftfahrzeuges in Längsrichtung des Fahrzeugs kompensiert. Zudem werden durch das Kugelgleichlaufgelenk auftretende Verschränkungen der Wellen zueinander durch Beugung des Kugelgleichlaufgelenkes ausgeglichen.
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Zur Lagerung der Längswellenanordnung an dem Kraftfahrzeug ist regelmäßig an der Längswellenanordnung ein Mittellager vorgesehen, das an zumindest einer Welle angeordnet ist. Dieses zur Führung der Längswellenanordnung notwendige Lager dient zusätzlich der Dämpfung und Reduzierung der auftretenden Schwingungen der Längswellenanordnung.
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Längswellenanordnungen der vorgenannten Art sind für 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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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, ein Verschränken der Wellen verhindert. Insbesondere soll verhindert werden, dass Komponenten der Längswellenanordnung andere, umliegende Bauteile des Kraftfahrzeuges beschädigen oder in den Fahrgastraum eindringen. Die Längswellenanordnung soll insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet sein, bei denen das Mittellager und das Kugelgleichgelenk der Längswellenanordnung zwischen erster und zweiter Welle einen Abstand von mindestens 20 mm [Millimeter] voneinander aufweisen.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Längswellenanordnung gemäß den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Längswellenanordnung sind in den abhängig formulierten Schutzansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Schutzansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Schutzansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Vorliegend wird die Aufgabe durch eine Längswellenanordnung für ein Kraftfahrzeug gelöst, die zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- • eine erste Welle und eine zweite Welle, wobei die erste Welle einen Zapfen mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist;
- • ein Kugelgleichlaufgelenk zur drehbaren Verbindung der ersten Welle mit der zweiten Welle, wobei ein Gelenkinnenteil des Kugelgleichlaufgelenks mit einer lösbaren Verbindung an dem zweiten Ende angeordnet ist;
- • zumindest ein Mittellager zur Abstützung der Längswellenanordnung gegenüber einer Karosserie, wobei das Mittellager am ersten Ende des Zapfens angeordnet ist;
wobei in einem Crashfall eine Verschiebung von erster Welle in die zweite Welle hinein erfolgt, zumindest entlang einer axialen Richtung, dadurch gekennzeichnet,
dass sich die lösbare Verbindung löst und das Gelenkinnenteil von dem zweiten Ende in Richtung hin zum ersten Ende entlang einer Führungsfläche des Zapfens verschiebbar ist, zusammen mit Kugeln und einem Gelenkaußenteil des Kugelgleichlaufgelenks.
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Die Längswellenanordnung erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen entlang der Fahrzeugachse entlang einer axialen Richtung. Die Längswellenanordnung umfasst insbesondere eine erste Welle, die wenigstens zum Teil als Hohlwelle ausgeführt ist. Die Längswellenanordnung 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. 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. Das Wälzlager stützt sich zumindest mit seinem Innenring gegen einen zweiten Anschlag auf der ersten Welle ab. Auf der dem zweiten Anschlag gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers setzt sich die erste Welle insbesondere in Form eines Zapfens fort, dessen Ende das Gelenkinnenteil eines Kugelgleichlaufgelenks aufnimmt. Das Kugelgleichlaufgelenk ist mit seinem Gelenkaußenteil in einer zweiten Welle aufgenommen, die sich zumindest abschnittsweise als Hohlwelle in der axialen Richtung weiter fortsetzt. Das Kugelgleichlaufgelenk erlaubt ein Verschränken von erster Welle und zweiter Welle, so dass Drehmomente trotz gegensinniger Bewegungen der Achsen des Kraftfahrzeuges übertragen werden können.
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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 in die zweite (Hohl-)Welle ein. Die hier vorgesehene lösbare Verbindung zwischen Gelenkinnenteil und zweitem Ende des Zapfens ermöglicht, dass das Gelenkinnenteil sich von dem zweiten Ende löst und entlang der Führungsfläche hin zum ersten Ende des Zapfens verschoben wird. Damit wird das Gelenkinnenteil zusammen mit den Kugeln und dem Gelenkaußenteil (ggf. zusammen mit einem Kugelkäfig) in Richtung hin zum ersten Ende des Zapfens verschoben. Die Kugeln sind dabei zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordnet.
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Dieses Crash-Verhalten der Längswellenanordnung verhindert eine Auslenkung der ersten Welle oder der zweiten Welle gegenüber der axialen Richtung. Eine Verschränkung der ersten und zweiten Welle wird damit verhindert. Die Ausrichtung der ersten Welle und der zweiten Welle wird durch das Kugelgleichlaufgelenk gewährleistet, bei dem auch während des Eintauchens des Zapfens in die zweite Welle die Kugeln zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordnet bleiben.
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Insbesondere werden also die in axialer Richtung wirkenden ersten Kräfte von der zweiten Welle auf das Gelenkaußenteil und von dort über die Kugeln (ggf. über den Käfig) auf das Gelenkinnenteil übertragen. Diese ersten Kräfte führen nun nicht zum Versagen des Kugelgleichlaufgelenks, wobei in diesem Fall die Kugeln nicht mehr zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordnet wären. Die ersten Kräfte führen hier zu einem Lösen der lösbaren Verbindung zwischen Gelenkinnenteil und zweitem Ende des Zapfens, so dass sich das Gelenkinnenteil entlang der Führungsfläche des Zapfens verschiebt.
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Die erste Welle taucht nun weiter in die zweite Welle ein wobei sich das Gelenkinnenteil, zusammen mit Kugeln und Gelenkaußenteil, entlang der Führungsfläche des Zapfens bewegt.
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Als lösbare Verbindung wird insbesondere der Abschnitt des Zapfens bezeichnet, der im „normalen Betriebszustand” (also nicht im Crashfall) mit dem Gelenkinnenteil verbunden ist, z. B. in Form eines Schnapprings oder einer Keilverzahnung. Diese Verbindung zeichnet sich dadurch aus, dass (während des Betriebs des Kraftfahrzeuges) in der axialen Richtung wirkende Kräfte aufgenommen werden können, ohne dass eine Verschiebung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Zapfen erfolgt.
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Erst nach einem vorbestimmbaren Verschiebeweg des Gelenkinnenteils gegenüber dem Zapfen erreicht das Gelenkinnenteil einen Anschlag, der auf dem Zapfen angeordnet ist. Dieser Anschlag verhindert eine weitere Verschiebung des Gelenkinnenteils entlang des Zapfens oder bremst diese Verschiebung ab. Insbesondere bildet der Anschlag einen formschlüssigen Anschlag. Formschlüssig bedeutet, dass der Anschlag dem Gelenkinnenteil im Weg ist und damit die Verschiebung bremst oder begrenzt. Die verbliebene Crash-Energie wird dann weiter abgebaut durch ein Versagen des Kugelgleichlaufgelenks, wobei sich insbesondere zumindest das Gelenkaußenteil zusammen mit der zweiten Welle weiter gegenüber der ersten Welle, dem Zapfen und dem Gelenkinnenteil entlang der axialen Richtung bewegt. Zu diesem Zeitpunkt verlieren die Kugeln ihre Position zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil, so dass eine Kraftübertragung zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil nicht mehr über die Kugeln erfolgt.
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Eine darüber hinausgehende Verschiebung von erster Welle gegenüber zweiter Welle führt dazu, dass das Mittellager in den Gelenkaußenteil des Kugelgleichlaufgelenks eintaucht. Damit ist eine gegenseitige Abstützung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle wieder gewährleistet, so dass eine Verschränkung der Wellen weiter verhindert werden kann.
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Bei der hier vorgeschlagenen Längswellenanordnung werden einerseits hohe Verformungskräfte während des Crashfalls vermieden, die zu einem Auslenken von Komponenten der Längswellenanordnung aus der axialen Richtung und ggf. in das Fahrzeuginnere führen können. Andererseits wird durch den Verschiebeweg des Gelenkinnenteils eine dauerhafte Führung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle gewährleistet, so dass ein großer Teil der Crash-Energie über andere Fahrzeugkomponenten abgebaut ist, bevor hohe Verformungskräfte auf die Längswellenanordnung einwirken. Andererseits wird die Führung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle so lange gewährleistet bis das Mittellager in das Gelenkaußenteil eintaucht.
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Insbesondere erfolgt die Verschiebung des Gelenkinnenteils entlang des Zapfens und das Lösen der lösbaren Verbindung ausschließlich im Crashfall. Eine Verschiebung aufgrund der vorgesehenen Beanspruchungen während des Betriebs des Kraftfahrzeuges sollte ausgeschlossen werden. Ein (reversibles) Lösen der lösbaren Verbindung zu Montage- oder Servicezwecken sollte jedoch möglich sein.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die lösbare Verbindung durch eine, zumindest in der axialen Richtung wirkende erste Kraft von 5 bis 30 kN [kiloNewton], insbesondere von 10 bis 150 kN, oder durch einen, zumindest in der axialen Richtung wirkenden Impuls von 5 bis 30 kNs [kiloNewton·Sekunde], insbesondere von 10 bis 150 kNs, lösbar ist, so dass das Gelenkinnenteil von dem zweiten Ende in Richtung hin zum ersten Ende verschiebbar ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird in einem Crashfall durch eine, zumindest in der axialen Richtung wirkende erste Kraft zuerst die lösbare Verbindung gelöst wobei die Kugeln weiterhin zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordnet sind, so dass das Gelenkinnenteil von dem ersten Ende in Richtung hin zum zweiten Ende verschoben wird, zusammen mit den Kugeln und dem Gelenkaußenteil des Kugelgleichlaufgelenks.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Verschiebung entgegenwirkende zweite Kräfte der Längswellenanordnung (z. B. zwischen Zapfen und Gelenkinnenteil) nach Lösen der lösbaren Verbindung zunächst geringer werden oder gleich bleiben.
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Diese zweiten Kräfte sind insbesondere ausschließlich Reibungskräfte, die zwischen dem zweiten Ende des Zapfens und dem Gelenkinnenteil oder zwischen dem Zapfen und dem Gelenkinnenteil wirken. Insbesondere verringert sich die für die Verschiebung des Gelenkinnenteils notwendige Kraft gegenüber der Kraft, die für das Lösen der lösbaren Verbindung notwendig war.
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Insbesondere liegt hier ausschließlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gelenkinnenteil und Zapfen vor. Kraftschlüssig bedeutet hier, dass eine Normalkraft auf die sich kontaktierenden Oberflächen von Gelenkinnenteil und Zapfen wirkt. Die gegenseitige Verschiebung ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegen-Kraft nicht überschritten wird.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die lösbare Verbindung zumindest durch eine Keilverzahnung auf dem zweiten Ende gebildet, die eine Verdrehung von Gelenkinnenteil und Zapfen in einer Umfangsrichtung verhindert. Diese Keilverzahnung von Gelenkinnenteil und zweitem Ende des Zapfens weist insbesondere eine (leichte Press-)Passung auf, so dass für ein Lösen der lösbaren Verbindung eine erste Kraft erforderlich ist. Diese Passung verhindert ein Verschieben des Gelenkinnenteils auf dem zweiten Ende des Zapfens gegenüber den vorgesehenen Beanspruchungen im Betrieb des Kraftfahrzeuges.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die lösbare Verbindung zumindest einen Schnappring umfasst, der in gegenüberliegend angeordneten Nuten in dem zweiten Ende und in dem Gelenkinnenteil angeordnet ist. Ein solcher Schnappring ist zumindest in der radialen Richtung elastisch ausgeführt, so dass eine Montage des Gelenkinnenteils auf dem Zapfen möglich ist. Der Schnappring ist vor der Montage in der Nut des Gelenkinnenteils oder des Zapfens angeordnet und wird während der Montage aufgeweitet oder zusammengedrückt. Sobald die Nuten gegenüberliegend angeordnet sind, entspannt der Schnappring und verhindert eine weitere Verschiebung des Gelenkinnenteils entlang der axialen Richtung, insbesondere gegenüber Kräften, die während der vorgesehenen Beanspruchungen im Betrieb des Kraftfahrzeuges auftreten.
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Insbesondere kann die Nut mit Fasen versehen sehen, so dass durch eine Verschiebung des Gelenkinnteils gegenüber dem Zapfen der Schnappring aufgeweitet oder zusammengedrückt wird. Diese Fasen sollten so ausgeführt sein, dass eine Verschiebung erst bei Erreichen einer ersten Kraft bzw. eines ersten Impulses erfolgt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung schließt sich die Führungsfläche in der axialen Richtung hin zum ersten Ende unmittelbar an die lösbare Verbindung an und der Zapfen weist im Bereich der Führungsfläche einen kleineren Außendurchmesser auf als der kleinste Innendurchmesser des Gelenkinnenteils.
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Insbesondere geht die Keilverzahnung an dem zweiten Ende unmittelbar in die Führungsfläche über. Wird das Gelenkinnenteil nun von dem zweiten Ende in den Bereich der Führungsfläche verschoben, verringert sich insbesondere die Reibung zwischen Gelenkinnenteil und Zapfen. Die der Verschiebung entgegen wirkenden zweiten Kräfte werden in diesem Fall nach dem Lösen der lösbaren Verbindung zunehmend geringer oder bleiben konstant.
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Insbesondere weist der Zapfen zwischen dem ersten Ende und der Führungsfläche einen Anschlag auf, wobei der Anschlag eine weitere Verschiebung des Gelenkinnenteils in Richtung hin zum ersten Ende verhindert oder abbremst. Dieser Anschlag wird insbesondere über eine Vergrößerung des Außendurchmessers des Zapfens gebildet. Der Anschlag kann auch durch Komponenten der Längswellenanordnung gebildet werden, die nicht weiter in der axialen Richtung verschoben oder gestaucht werden können (z. B. Dichtungen, Mittellager; etc.).
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Kugeln so lange zwischen Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil angeordnet sind, bis die Verschiebung des Gelenkinnenteils gegenüber dem Zapfen beendet ist oder wenn der Verschiebung entgegen wirkende zweite Kräfte zwischen Zapfen (oder Längswellenanordnung) und Gelenkinnenteil nach Lösen der lösbaren Verbindung erneut größer werden oder den Betrag der ersten Kraft überschreiten.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass ein Verschiebeweg des Gelenkinnenteils entlang der Führungsfläche des Zapfens bis hin zu einem Anschlag insbesondere zumindest 20 mm [Millimeter], bevorzugt zumindest 50 mm, beträgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Kugelgleichlaufgelenk ein Festgelenk oder ein Verschiebegelenk. Das Kugelgleichlaufgelenk ist insbesondere nicht auf Kugeln als Wälzkörper festgelegt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Längswellenanordnung.
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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:
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1: eine Ausführungsform einer Längswellenanordnung;
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2: eine Ausführungsform der Längswellenanordnung mit einem Festgelenk als Kugelgleichlaufgelenk;
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3: eine Ausführungsform der Längswellenanordnung mit einem Verschiebegelenk als Kugelgleichlaufgelenk;
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4: das Verschiebegelenk gemäß 3 im Crashfall;
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5: das Verschiebegelenk gemäß der 3 und 4 im Crashfall;
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6: das Gelenkinnenteil;
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7: ein Detail des Gelenkinnenteils gemäß 6; und
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8: einen Schnappring.
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1 zeigt eine Längswellenanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs 2, wobei die Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs 2 im unteren Teil der 1 als axiale Richtung 20 gezeigt ist. Die Längswellenanordnung 1 setzt sich zumindest aus einer ersten Welle 3 und einer zweiten Welle 4 zusammen, die über das in der Mitte gezeigte Kugelgleichlaufgelenk 5, hier als Verschiebegelenk 31 dargestellt, miteinander verbunden sind. Die erste Welle 3 setzt sich dabei selbst aus mehreren Komponenten zusammen. Insbesondere ist an der ersten Welle 3 ein weiteres Kugelgleichlaufgelenk an einem Zapfen der ersten Welle 3 angeordnet, hier links in 1 gezeigt. An dem anderen Ende der ersten Welle 3 ist ein Zapfen 9 vorgesehen, der sich in das Kugelgleichlaufgelenk 5 der Längswellenanordnung 1 hinein erstreckt. Dieser Zapfen 9 ist mit seinem zweiten Ende 11 mit dem Gelenkinnenteil 15 des Kugelgleichlaufgelenks 5 verbunden. Der Zapfen 9 weist auf seinem ersten Ende 10 ein Wälzlager 12 auf, das mit einem Innenring mit dem Zapfen 9 verbunden ist und mit einem Außenring über eine Abstützung an der Karosserie 7 des Kraftfahrzeuges befestigt ist. Das Wälzlager 12 bildet ein Mittellager 6 über das die Längswellenanordnung 1 an der Karosserie 7 des Kraftfahrzeugs 2 angebunden und gleichzeitig schwingungstechnisch gedämpft wird. Mittellager 6 und Kugelgleichlaufgelenk 5 sind durch einen Abstand 34 voneinander beabstandet.
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Auch die zweite Welle 4 weist mehrere Komponenten auf. An einem Ende ist ein Anschluss an eine Antriebs- oder Abtriebskomponente ausgebildet, rechts in 1 gezeigt. An dem anderen Ende ist ein Gelenkaußenteil 16 des Kugelgleichlaufgelenks 5 angeordnet. Das Kugelgleichgelenk 5 ist mit dem Gelenkinnenteil 15 mit der ersten Welle 3 und mit dem Gelenkaußenteil 16 mit der zweiten Welle 4 verbunden. Drehmomente werden über Kugeln 14 von Gelenkaußenteil 16 zu Gelenkinnenteil 15 (oder umgekehrt) übertragen, wobei insbesondere ein Käfig 33 zur Führung der Kugeln 14 innerhalb des Kugelgleichlaufdrehgelenkes 5 vorgesehen ist.
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2 zeigt eine Längswellenanordnung 1 mit einem Festgelenk 30 als Kugelgleichlaufgelenk 5. Das Gelenkaußenteil 16 des Kugelgleichlaufgelenkes 5 ist mit der zweiten Welle 4 verbunden. Das Gelenkinnenteil 15 ist über eine lösbare Verbindung 8 mit dem zweiten Ende 11 des Zapfens 9 verbunden. Drehmomente werden in Umfangsrichtung 23 zwischen erster Welle 3 und zweiter Welle 4 über Gelenkinnenteil 15, Kugeln 14, Käfig 33 und Gelenkaußenteil 16 übertragen. Das Gelenkinnenteil 15 ist über eine Keilverzahnung 22 mit dem zweiten Ende 11 des Zapfens 9 zur Übertragung von in Umfangsrichtung 23 wirkenden Drehmomenten verbunden. Die lösbare Verbindung 8 wird hier durch einen Schnappring 24 gebildet, der in gegenüberliegend angeordneten Nuten 25 in Gelenkinnenteil 15 und zweitem Ende 11 angeordnet ist. Auf dem ersten Ende 10 des Zapfens 9 ist ein Wälzlager 12 als Mittellager 6 angeordnet, über das die Längswellenanordnung 1 an der Karosserie 7 abgestützt wird. Ausgehend von dem ersten Ende 10 erstreckt sich die erste Welle 3 weiter in Richtung der axialen Richtung 20 als Hohlwelle.
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Im Crashfall wirken Kräfte auf die Längswellenanordnung 1, zumindest in der axialen Richtung 20. Diese ersten Kräfte 18 oder Impulse 19 wirken in entgegengesetzten Richtungen parallel zur axialen Richtung 20 auf das Kugelgleichlaufgelenk 5. Durch diese erste Kräfte 18 oder Impulse 19 werden erste Welle 3 und zweite Welle 4 ineinandergeschoben. Diese in der axialen Richtung 20 wirkenden ersten Kräfte 18 lösen hier zunächst die lösbare Verbindung 8 zwischen Gelenkinnenteil 15 und zweitem Ende 11. Daraufhin verschiebt sich das Gelenkinnenteil 15 in der axialen Richtung 20 weg vom zweiten Ende 11 hin zum ersten Ende 10 des Zapfens 9. Das Kugelgleichlaufgelenk 5 wird dabei nicht zerstört, die Kugeln 14 sind weiterhin zwischen Gelenkinnenteil 15 und Gelenkaußenteil 16 angeordnet (und werden dort durch den Käfig 33 fixiert). Der Verschiebung 13 wirken zweite Kräfte 21 (Reibkräfte) zwischen Zapfen 9 und Gelenkinnenteil 15 entgegen. Die Verschiebung 13 wird durch eine Führungsfläche 17 auf dem Zapfen 9 zwischen erstem Ende 10 und zweitem Ende 11 ermöglicht. Die Führungsfläche 17 ist unmittelbar benachbart zum zweiten Ende 11 des Zapfens (oder zur lösbaren Verbindung 8) angeordnet und erstreckt sich über einen Bereich 26. Insbesondere weist die Führungsfläche 17 einen kleineren Außendurchmesser 27 auf als der kleinste Innendurchmesser 28 des Gelenkinnenteils. Dadurch wird sichergestellt, dass die der Verschiebung 13 entgegen wirkenden zweiten Kräfte 21 gegenüber der zum Lösen der lösbaren Verbindung 8 erforderlichen ersten Kraft 18 geringer werden oder konstant bleiben.
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Ein Anschlag 29 ist zwischen Führungsfläche 17 und erstem Ende 10 ausgebildet. Insbesondere wird der Bereich 26 der Führungsfläche 17 durch den Anschlag 29 auf der einen Seite und durch die lösbare Verbindung 8 an der anderen Seite begrenzt. Der Anschlag 29 begrenzt den Verschiebeweg 32 des Gelenkinnenteils 15 hin zum ersten Ende 10. Hier wird der Anschlag 29 durch eine Fase am Zapfen 9 und durch den Innenring des Wälzlagers 12 gebildet. Erst nach Kontakt zwischen Gelenkinnenteil 15 und Anschlag 29 werden der Verschiebung 13 entgegenwirkende zweite Kräfte so groß, dass sich Gelenkinnenteil 15 und Gelenkaußenteil 16 weiter gegeneinander verschieben. Die Kugeln 14 verlieren damit ihre Position zwischen Gelenkinnenteil 15 und Gelenkaußenteil 16, so dass die Führung der ersten Welle 3 gegenüber der zweiten Welle 4 entlang der axialen Richtung 20 nicht mehr über das Kugelgleichlaufgelenk 5 gewährleistet wird.
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3 bis 5 zeigen eine Längswellenanordnung 1 mit einem Verschiebegelenk 31 als Kugelgleichlaufgelenk 5. Im Crashfall verschieben sich erste Welle 3 und zweite Welle 4 entlang der axialen Richtung 20 gegeneinander. Dabei verschiebt sich das Gelenkinnenteil 15 gegenüber dem Gelenkaußenteil 16 (und entsprechend erste Welle 3 und zweite Welle 4) bis die Kugeln 14, der Käfig 33 oder eine besondere Ausgestaltung von Gelenkinnenteil 15 und Gelenkaußenteil 16 eine weitere Verschiebung verhindern (4). Erst dann wird die lösbare Verbindung 8 gelöst, so dass sich das Gelenkinnenteil 15 entlang des Zapfens 9 hin zum ersten Ende 10 verschiebt. Diese Verschiebung 13 wird durch einen Anschlag 29 begrenzt (5). Hier wird der Anschlag 29 durch eine Vergrößerung des Außendurchmessers 27 des Zapfens 9 gebildet. Der Bereich 26 der Führungsfläche 17 erstreckt sich zwischen Anschlag 29 und der lösbaren Verbindung 8. Sobald das Gelenkinnenteil 15 den Anschlag 29 kontaktiert steigen die der Verschiebung 13 entgegen wirkende zweite Kräfte 21 an, so dass auch das Kugelgleichlaufgelenk 5 versagt und Gelenkaußenteil 16 und Gelenkinnenteil 15 weiter gegeneinander verschoben werden. Die Kugeln 14 verlieren damit ihre Position zwischen Gelenkinnenteil 15 und Gelenkaußenteil 16, so dass die Führung der ersten Welle 3 gegenüber der zweiten Welle 4 entlang der axialen Richtung 20 nicht mehr über das Kugelgleichlaufgelenk 5 gewährleistet wird.
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6 zeigt das Gelenkinnenteil 15 in einer Seitenansicht im Schnitt. Das Gelenkinnenteil 15 weist eine Nut 25 auf, in der ein Schnappring 24 anordenbar ist. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die lösbare Verbindung 8 zumindest einen Schnappring 24 umfasst, der in gegenüberliegend angeordneten Nuten 25 in dem zweiten Ende 11 und in dem Gelenkinnenteil 15 angeordnet ist. Ein solcher Schnappring 24 ist zumindest in der radialen Richtung elastisch ausgeführt, so dass eine Montage des Gelenkinnenteils 15 auf dem Zapfen 9 möglich ist. Der Schnappring 24 ist vor der Montage in der Nut 25 des Gelenkinnenteils 15 oder des Zapfens 9 angeordnet und wird während der Montage aufgeweitet oder zusammengedrückt. Sobald die Nuten 25 gegenüberliegend angeordnet sind, entspannt der Schnappring 24 und verhindert eine weitere Verschiebung des Gelenkinnenteils 15 entlang der axialen Richtung 20, insbesondere gegenüber Kräften, die während der vorgesehenen Beanspruchungen im Betrieb des Kraftfahrzeuges auftreten.
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7 zeigt ein Detail A des Gelenkinnenteils 15 gemäß 6. Es ist erkennbar, dass Nut 25 mit Fasen 35 versehen ist, so dass durch eine Verschiebung 13 des Gelenkinnteils 15 gegenüber dem Zapfen 9 der Schnappring 24 aufgeweitet oder zusammengedrückt werden kann. Diese Fasen 35 sollten so ausgeführt sein, dass eine Verschiebung 13 erst bei Erreichen einer ersten Kraft 18 bzw. eines Impulses 19 erfolgt. 8 zeigt einen Schnappring 24 auf dem angedeuteten Zapfen 9.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längswellenanordnung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Erste Welle
- 4
- Zweite Welle
- 5
- Kugelgleichlaufgelenk
- 6
- Mittellager
- 7
- Karosserie
- 8
- Lösbare Verbindung
- 9
- Zapfen
- 10
- Erstes Ende
- 11
- Zweites Ende
- 12
- Wälzlager
- 13
- Verschiebung
- 14
- Kugeln
- 15
- Gelenkinnenteil
- 16
- Gelenkaußenteil
- 17
- Führungsfläche
- 18
- Erste Kraft
- 19
- Impuls
- 20
- Axiale Richtung
- 21
- Zweite Kraft
- 22
- Keilverzahung
- 23
- Umfangsrichtung
- 24
- Nut
- 25
- Bereich
- 26
- Außendurchmesser
- 27
- Innendurchmesser
- 28
- Anschlag
- 29
- Festgelenk
- 30
- Verschiebegelenk
- 31
- Verschiebeweg
- 32
- Käfig
- 33
- Abstand
- 34
- Fase
