DE3943535A1 - Verbindungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerk­ stoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen, die miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Längs­ welle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.

Aus der DE PS 30 07 896 ist eine Verbindungsanordnung der genannten Art bekannt, bei der das Rohrende auf einen mit einer Außenverzahnung versehenen Stutzen aufgeschoben wird, wobei sich die Verzahnung in die Rohroberfläche einschneidet. Die Verbindung ist außen durch einen die Anordnung sichernden Ringkörper gesichert.

Aus der DE 38 28 018 ist eine Verbindungsanordnung be­ kannt, bei der ebenfalls ein metallisches Anschlußelement mit Außenverzahnung in das Ende eines Faserverbundrohres unter Einschneiden der Verzahnung in den Verbundwerkstoff und radialem Aufweiten des Rohrendes eingepreßt wird. Im Anschluß an den eingepreßten Stutzen, der zugleich Gelenk­ teil ist, ist der Querschnitt des Faserverbundrohres redu­ ziert.

Schließlich ist aus der US 47 22 717 eine Verbindungsan­ ordnung zwischen dem offenen Ende einer Faserverbundwelle und einem Anschlußstutzen bekannt, bei dem sich ergänzende Längs- und Umfangsnuten jeweils auf der Innenoberfläche des Rohrendes und auf der Außenfläche des darin eingescho­ benen Stutzens vorgesehen sind, in die aushärtbares Harz, das gegebenenfalls kurze Faseranteile umfassen kann, einge­ bracht wird, um nach dem Aushärten ein in Umfangs- und in Axialrichtung einen Formschluß herstellendes Verbindungs­ element zu bilden.

Im letztgenannten Fall soll bestimmungsgemäß eine nicht nur drehmomentbelastbare, sondern auch axial feste Verbin­ dung zwischen dem Rohrende und dem Anschlußelement herge­ stellt werden. Die beiden erstgenannten Anordnungen sind aufgrund ihrer konstruktiven Einzelheiten ebenfalls in Umfangsrichtung und in Axialrichtung, zumindest in bezug auf Druckkräfte hochbelastbar.

Das Verformungsverhalten beim Frontalaufprall wird bei modernen Kraftfahrzeugen konstruktiv so vorgegeben, daß bestimmte progressive Deformationkennlinien (Deformations­ kraft über Deformationsweg) erzielt werden. ("Zur Reali­ sierbarkeit unterschiedlicher Deformationskennlinien", R. Hoefs u.a., BMFT Vorhaben TV 8035.)

Bei der Verwendung der obengenannten Verbindungsanord­ nungen in Längsantriebswellen (Kardanwellen) von Kraft­ fahrzeugen mit Hinterrad- oder Allradantrieb hat es sich als wesentlicher Nachteil herausgestellt, daß Faserverbund­ wellen oder andere Leichtbauwellen, die in der Regel auf­ grund ihres geringen Gewichtes auf ein Zwischengelenk verzichten können, eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen. Die festgelegte Energieabsorbtion des Fahrzeugs kann durch die Verbindung der Hinterachsmassen mit dem Fahrzeugvor­ derbau über die Längswelle gestört werden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine Welle bereitzustellen, die den Anforderungen der Energieaufnahme des Fahrzeugs beim Frontunfall in gewünschter Weise positiv beeinflussen kann. Die Lösung hierfür besteht in einer Rohrwelle, bei der die von der Rohrwelle zerstörungsfrei aufnehmbaren Druck- oder Knickkräfte in Axialrichtung größer sind als die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende und dem Stutzen und daß die Rohrwelle in Form einer Faserverbundwelle in Längsrichtung zur Darstellung axial veränderlicher Energieabsorption veränderliche Wanddicke durch zusätzliche Umfangswicklungen aufweist, und daß am Anschlußelement Mittel zur Zerstörung der Rohrwelle beim Aufschieben auf den Rohrstutzen vorgesehen sind. Es wird hiermit eine konstruktiv einfache Lösung bereitgestellt, die die erforderlichen Drehmomente problemlos übertragen kann, im Normalbetrieb auch begrenz­ te Längskräfte aufnimmt, um beispielsweise die Wirkung von üblichen Schiebegelenken im Anschluß an die Welle sicher­ zustellen, die jedoch bei einem Frontal- oder Auffahr­ unfall eine Abkopplung der Hinterachsenmassen vom Fahr­ zeugvorderbau ermöglicht, so daß keine Störeinflüsse von dort auf die Knautschzone und die Initiierung des Airbags ausgeübt werden.

Nach einer bevorzugten Auslegung der Anschlußverbindung sind die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwi­ schen dem Rohrende und dem Stutzen größer als die bei zerstörungsfreiem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs im Bereich "Fußgängerschutz" und "Schutz bei kleiner Geschwin­ digkeit" an der Rohrwelle auftretenden Verzögerungskräfte in Axialrichtung, d.h. der sogenannte 5 km/h-Aufprall des Fahrzeugs soll zu keinen Veränderungen an der Anschlußver­ bindung führen.

In besonders günstiger Weiterbildung wird nach dem Trennen der Verbindung durch geeignete Mittel das Wellenende un­ mittelbar an der Verbindungsanordnung zerstört, so daß auch nicht im späteren Verlauf der Fahrzeugverformung die Wellensteifigkeit störende Einflüsse hervorruft.

Dabei weist die Rohrwelle in axialer Richtung zur Dar­ stellung axial veränderlicher Energieabsorption auch eine veränderliche Wanddicke auf, mit der in Ergänzung zum Fahrzeugvorderbau die Deformationskennlinie beeinflußt werden kann. Die Kraftverläufe der Rohrwelle können anti­ zyklisch zu denen des Vorderbaus ausgelegt werden. Als geeignete Mittel für die Zerstörung sind ein Aufreißkonus bei auf dem Stutzen aufgeschobenen Rohrende oder ein Quetschkonus bei in den Stutzen eingestecktem Rohrende geeignet. Noch günstiger sind mehrere umfangsverteilte Schneidkeile, die das Rohr in Längsrichtung aufschlitzen.

Ein mit axialem Abstand zum Rohrende angeordneter einfacher Absatz ist ebenfalls möglich. Von Bedeutung ist es daher, daß zum Losreißen am Anschlußelement vor dem Rohrende zunächst keine wesentlichen Querschnittsänderungen liegen.

Das angesprochene Verbindungselement kann als Hülsenkörper ausgebildet sein, der selbst aus Faserverbundwerkstoff oder geeignetem Kunststoff oder Harzmaterial hergestellt ist und in das Rohrende eingeklebt wird, worauf dieses dann auf den Anschlußstutzen aufgeschoben wird. Zur Fixie­ rung von Rohrende und Anschlußstutzen kann es günstig sein, wenn das Verbindungselement radiale, bevorzugt dabei axial verlaufende Durchbrechungen hat, die einen begrenz­ ten unmittelbaren Klebekontakt zwischen Rohr und Stutzen ermöglichen.

Das Verbindungselement kann jedoch auch in situ erzeugt werden, wenn entsprechende Bundbereiche am Anschlußelement vorgesehen sind und im Stutzen oder im Rohrkörper Zuführ- und Entlüftungsöffnungen zum Einbringen eines Harzes, ins­ besondere eines mit kurzen Fasern versetzten Harzes vorge­ sehen sind.

Damit keine Adhäsionskräfte zwischen dem verzahnten oder polygonförmigen Stutzen und dem Verbindungselement ent­ stehen, kann die Auswahl einer geeigneten Werkstoffpaarung ausreichend sein, in der Regel wird ein Trennmittel auf den Stutzen aufzubringen sein. Sofern dies nicht aus­ reicht, kann die Verbindung zwischen Stutzen und Verbin­ dungselement vor der endgültigen Montage auch zunächst axial losgerissen werden und dann wieder unter geeigneter Fixierung zur Aufnahme geringer Kräfte ineinandergeschoben werden.

Zur zeitlichen Steuerung der Zerstörung des Rohrendes bzw. zur Darstellung bestimmter Kraftverläufe kann es sinnvoll sein, das von einem Wellenabsatz, einem Aufreiß- oder Quetschkonus oder von Schneidkeilen zu zerstörende Rohr­ ende mit über der Länge sich verändernder Dicke auszufüh­ ren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Anschlußverbindung mit Aufweitkonus am Anschlußstutzen im Längsschnitt mit einer Rohr­ welle üblicher Art mit gleichbleibender Wandstärke,

Fig. 2 zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Anschluß­ stutzen nach Fig. 1 im Querschnitt mit einer ver­ größerten Einzelheit,

Fig. 3 zeigt eine Anschlußverbindung nach den Fig. 1 und 2 im Zustand teilweiser Zerstörung,

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anschlußverbindung mit einem Aufweitkonus am Anschlußstutzen und einem Rohrende mit zunehmender Wanddicke,

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Anschlußverbindung mit einem Aufweitkonus am Anschlußstutzen und einem Rohrende mit abnehmender Wanddicke,

Fig. 6 zeigt Kraft-Zeit-Verläufe von Anschlußstutzen verschiedener Ausführung.

In Fig. 1 ist ein Rohrende 7 eines Faserverbundrohres nach dem Stand der Technik dargestellt, das auf einen Anschlußstutzen 1 aufgeschoben ist. Das Rohrende sitzt auf zwei Bundbereichen 4, 5 oder Zentrierungen des Stutzens 1 auf. Zwischen diesen beiden weist der Stutzen eine Außenverzahnung 2 auf. Ein Verbindungselement 8 greift formschlüssig in die Verzahnung ein und steht mit der innenzylindrischen Oberfläche des Rohrendes 7 in haftschlüssiger Verbindung. Im Anschluß an das Rohrende weist der Stutzen 1 einen Aufweitkonus 3 bzw. mehrere Schneidkeile auf. Der Stutzen 1 weist ferner eine zentrale Entlüftungbohrung 6 auf.

In Fig. 2 ist das mit der Verzahnung 2 versehene Stutzen­ ende und der innenzylindrische Rohrkörper 7 erkennbar zwischen denen sich das aus ausgehärtetem Harz insbeson­ dere faserverstärktem Harz, hergestellte Verbindungsele­ ment 8 zu erkennen ist, das mit dem Rohr haftschlüssig verbunden ist und gegenüber der Verzahnung 2 durch eine Trennmittelschicht 9 so getrennt ist, daß ausschließlich ein Formschluß wirksam wird.

In Fig. 3 ist die Anschlußverbindung nach den Fig. 1 und 2 in der Zerstörung befindlich gezeigt. Das Rohrende 7 mit dem anhaftenden Verbindungselement 8 sind durch den Aufweitkonus 3 bleibend aufgeweitet und von der Verzahnung 2 zwischen den Bunden 4, 5 abgehoben, ohne die geschlossene Rohrform zu verlieren.

Fig. 4 zeigt eine Verbindungsanordnung, die im wesent­ lichen mit Fig. 1 übereinstimmt, bei der jedoch das Rohr­ ende 7 zum Ende zu Verdickungen 10 zur Beeinflussung des Zerstörungskraftverlaufes aufweist, der hier degressiv ist.

Fig. 5 zeigt eine Verbindungsanordnung mit den gleichen Einzelheiten wie Fig. 1, bei der jedoch das Rohrende 7 Dickenreduzierungen 11 zur Beeinflussung des Zerstörungs­ kraftverlaufes aufweist, der hier progressiv ist.

In Fig. 6 sind verschiedene Kraft-Zeit-Diagramme ver­ schiedener Rohrenden, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut sind, im Vergleich mit einem Rohrende nach dem Stand der Technik dargestellt. Kurve "A" gibt den Zerstörungsverlauf eines Rohrendes nach Fig. 4 wieder, Kurve "B" gibt den Zerstörungsverlauf eines Rohrendes nach Fig. 5 wieder, während Kurve "D" die Zerstörung eines Rohrendes nach dem Stand der Technik, beispielsweise gemäß der US 47 22 717 wiedergibt.

Bezugszeichenliste

 1 Anschlußstutzen
 2 Außenverzahnung
 3 Aufweitkonus
 4 Bund
 5 Bund
 6 Entlüftungsbohrung
 7 Rohrende
 8 Verbindungselement (Kleber)
 9 Trennmittelschicht
10 Verdickung
11 Dickenreduzierung
12 Anschlag (Absatz)
13 Verbindungselement (Hülse)
14 Schlitzung
15 Ringraum

Claims (16)

1. Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum of­ fenen Rohrende (7) koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen (1), die miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel (2; 8, 13) aufweisen, zur Verwendung in einer Längswelle im Antriebsstrang eines Kraft­ fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rohrwelle zerstörungsfrei aufnehmbaren Druck- oder Knickkräfte in Axialrichtung größer sind als die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende (7) und dem Stutzen (1) und daß die Rohrwelle in Form einer Faserverbundwelle in Längsrichtung zur Darstellung axial veränderlicher Energieabsorption veränderliche Wanddicke durch zusätzliche Umfangswicklungen aufweist, und daß am Anschlußelement Mittel zur Zerstörung der Rohrwelle beim Aufschieben auf den Rohrstutzen vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke gestuft abnimmt (Fig. 4).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke gestuft zunimmt (Fig. 5).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (1) eine Längsverzahnung (2) trägt, das Rohrende (7) eine zylindrische Gegenfläche hat und zumindest ein Verbindungselement (8, 13) haftschlüssig mit dem Rohrende (7) verbunden ist und formschlüssig in die Längsverzahnung (2) eingreift.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (1) einen polygonförmigen Querschnitt hat, das Rohrende (7) eine zylindrische Gegenfläche hat und zumindest ein Verbindungselement (8, 13) haft­ schlüssig mit dem Rohrende (7) verbunden ist und form­ schlüssig mit dem polygonförmigen Stutzen zusammen­ wirkt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (13) ein mit dem Rohrende verklebtes Hülsenelement ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (8) zwischen Rohrende und Stutzen zwischen zwei Bundbereichen in situ ausgeformt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (13) am Umfang aufgetrennt ist und an der zumindest einen Trennstelle (14) eine haftschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen dem Stutzen (1) und der Oberfläche des Rohrendes (7) vor­ gesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (1) in das Rohrende (7) ein­ geschoben ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende (7) am Anschlußelement ein Aufreißkonus (3) vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen das Rohrende außen umgibt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende am Anschlußelement ein Quetschkonus vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement eine Durchgangsöffnung hat.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende am Anschlußelement zumindest ein Schneidkeil vorgesehen ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand zum Rohrende (7) am Anschlußelement ein Absatz (12) als Zerstörungsanschlag für das Rohr­ ende vorgesehen ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungselement (8, 13) und der Verzahnung oder der Polygonform des Stutzens (1) ein Trennmittel (9) vorgesehen ist.