DE4327908C1

DE4327908C1 - Gelenkwelle mit Verformungselement

Info

Publication number: DE4327908C1
Application number: DE4327908A
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Schneider
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2013-08-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkwelle mit Verformungs element, insbesondere zur Verwendung als Kardanwelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, nach dem Ober begriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits bekannt, bei einer Gelenkwelle ein Ver formungselement vorzusehen, das axiale Stoßenergie durch plastische Verformung aufnehmen kann. Die DE-AS 21 56 783 beschreibt eine solche Gelenkwelle, bei der als Ver formungselement entweder ein Wellrohr oder ein Stülpzug als Drehmoment übertragendes Teil in die Gelenkwelle ein gebaut ist. Wird bei einem Unfall eine der Positionen der Motor-Getriebeeinheit oder des Achsgetriebes verändert, so ist die Gelenkwelle aufgrund des Verformungselementes in der Lage, Stoßenergie durch plastische Verformungs arbeit aufzunehmen.

Um bei einem solchen Verformungselement den größt möglichen Nutzeffekt zu erzielen, sollte es durch Ver formung möglichst viel Stoßenergie aufnehmen können und gleichzeitig ein günstiges, frühzeitiges Ansprech verhalten aufweisen. Positiv auf das Ansprechverhalten wirkt sich ein großer Durchmessersprung aus. Da jedoch das maximal übertragbare Drehmoment von der Gelenkwelle, das heißt, dem kleinen Durchmesser, vorgegeben ist, be nötigt ein großer Durchmessersprung für günstiges Ansprechverhalten mehr Bauraum.

Ein Verformungselement nach dem Stand der Technik hat da her den Nachteil, daß es kein günstiges Ansprechverhalten aufweist, da der Durchmessersprung zu klein ist. Bei grö ßerem Durchmessersprung würde es im Gegensatz zur Gelenk welle ohne Verformungselement zu viel Bauraum bean spruchen.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Gelenkwelle mit Verformungselement so auszubilden, daß das Verformungselement im wesentlichen die radialen Ab messungen der Gelenkwelle nicht überschreitet, sich schon bei geringen Axialkräften verformt und dabei noch auf das maximal von der Gelenkwelle übertragbare Drehmoment aus gelegt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist das Verformungselement in einer Gelenkwelle so gestaltet, daß das zu übertragende An triebsdrehmoment im Verformungselement auf mindestens zwei, bezüglich des Kraftflusses parallel übertragende, Elementteile aufgeteilt wird. Die Ausbildung zweier, das Antriebsdrehmoment parallel übertragender Elementteile hat den Vorteil, daß beide Teile in ihrer Dimensionierung bezüglich günstigem Ansprechverhalten auf axiale Stoß energie und maximal übertragbarem Antriebsdrehmoment von einander unabhängig gestaltet werden können. Sie sind deshalb besser an die radialen Abmessungen der Gelenk welle anzupassen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Durchmesser mindestens eines Elementteils kleiner als der Durchmesser der Gelenkwelle gewählt. Jetzt kann vorteil hafterweise, bei wiederum im wesentlichen gleichen ra dialen Abmessungen wie die übrige Gelenkwelle, das andere Elementteil so gewählt werden, daß das Torsions widerstandsmoment des Verformungselementes mindestens gleich oder größer ist als das der Gelenkwelle.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist nur ein Elementteil in der Lage, kinetische Energie durch Verformung aufzunehmen. Dadurch kann das Elementteil be sonders einfach und doch beanspruchungsgemäß aufgebaut werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das Elementteil, das kinetische Energie aufnehmen kann, als Einschnürung des Gelenkwellendurchmessers an einem Teilabschnitt der Gelenkwelle ausgebildet. Das an dere Elementteil überbrückt diesen Teilabschnitt der Ein schnürung umgreifend. So kann vorteilhafterweise die Ge lenkwelle mit dem die kinetische Energie aufnehmenden Elementteil einstückig hergestellt werden, während das andere Elementteil, zum Beispiel als Rohr, form- oder kraftschlüssig mit der Gelenkwelle, die Einschnürung um greifend, verbunden ist. Wenn der Innendurchmesser des Rohrs im wesentlichen dem Außendurchmesser der Gelenk welle entspricht, überragt ein solches Verformungselement die radialen Abmessungen der Gelenkwelle nur wenig.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Rohr ein gewickeltes Faserverbundrohr, dessen Enden durch eine Klebeverbindung oder einen Festsitz mit der Gelenkwelle aus Metall verbunden sind. Gewickelte Faserverbundrohre haben ein hohes Torsionswiderstands moment und brechen bei axialer Belastung spröde. Sie können einfach durch Kleben oder Festsitz mit der Gelenk welle verbunden werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Teilstück einer Gelenkwelle mit Ver formungselement an einem beliebigen Ab schnitt der Gelenkwelle,

Fig. 2 einen Teilabschnitt einer Gelenkwelle mit Verformungselement an einem Ende der Ge lenkwelle.

Nach Fig. 1 ist auf einem Teilabschnitt einer Gelenk welle 1 mit dem Durchmesser D2 durch plastische Ver formung eine Einschnürung 2 auf den Durchmesser D1 ange bracht. Die Einschnürung 2 mit dem Durchmesser D1 dient als Elementteil eines Verformungselementes im Falle des Auftretens von Axialkräften durch Verschiebung mindestens einer der Positionen eines nicht gezeichneten Getriebes bzw. Achsgetriebes, mit denen jeweils ein nicht ge zeichnetes Ende der Gelenkwelle 1 verbunden ist. Im Falle einer solchen Positionsverschiebung baut das Elementteil durch innere Reibung kinetische Energie ab, indem sich ein Bereich der Gelenkwelle 1 mit dem Durchmesser D1 in einen Bereich der Gelenkwelle 1 mit dem Durchmesser D2 hineinschiebt.

Die Gelenkwelle 1 kann im Bereich mit dem Durchmesser D2 entsprechend ihrem Torsionswiderstandsmoment ein größeres Drehmoment übertragen als an ihrem Durchmesser D1. Des halb wird der Bereich der Gelenkwelle 1 mit dem Durch messer D1 durch ein Faserverbundrohr 3 überbrückt, das mit beiden Gelenkwellenbereichen mit dem Durchmesser D2 verklebt ist. Bezüglich seines Torsionswiderstands momentes ist das Faserverbundrohr 3 so dimensioniert, daß es mindestens die Differenz der maximal übertragbaren Drehmomente zwischen den beiden Durchmessern D1 und D2 der Gelenkwelle 1 übertragen kann.

Damit ist es möglich, die Bereiche der Gelenkwelle 1 mit dem Durchmesser D2 auf das maximal auftretende Drehmoment zu dimensionieren, da die Gelenkwelle 1 im Bereich des Durchmessers D1 aufgrund des Faserverbundrohres 3 ein mindestens gleiches Torsionswiderstandsmoment besitzt.

Bei einer Verformung der Gelenkwelle 1 in axialer Richtung, in den Übergangsbereichen vom Durchmesser D1 auf Durchmesser D2, verhält sich das Faserverbundrohr 3 spröde und bricht. Es beeinflußt daher den Verformungs vorgang zur Aufnahme kinetischer Energie nur un wesentlich.

In Fig. 2 ist eine Gelenkwelle 1 dargestellt, bei der der Durchmesserbereich D1 der Einschnürung 2 an ein Ende der Gelenkwelle 1 gelegt ist. Ein Anschlußflansch 4, der die Gelenkwelle 1 mit einer nicht gezeichneten Getriebe ausgangswelle koppelt, ist sowohl mit dem Metallrohr 5, als auch mit dem Faserverbundrohr 3 verbunden. Das Faser verbundrohr 3 ist mit dem Anschlußflansch 4 und der Ge lenkwelle 1 im Bereich des Durchmessers D2 verklebt. Das Metallrohr 5 ist durch eine Schweißverbindung 6 am An schlußflansch 4 angebracht. Auch bei dieser Ausführung der Erfindung wird die kinetische Energie in axialer Richtung durch Verformung des Metallrohrs 5 im Bereich des Durchmesserübergangs von D1 auf D2 aufgenommen. Das Faserverbundrohr 3 bricht dabei spröde und splittert ab. Die Gelenkwelle 1 kann am Durchmesser D2 auf das maximal auftretende Drehmoment ausgelegt werden, da der Bereich des Durchmessers D1 aufgrund der Verstärkung durch das Faserverbundrohr 3 ein mindestens gleichgroßes Torsionswiderstandsmoment hat.

Claims

1. Gelenkwelle (1), insbesondere zur Verwendung als Kardanwelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit zwei Anschlußelementen zur Verbindung einer Ge triebeausgangswelle mit einer Achsgetriebeein gangswelle und mit einem Verformungselement zur Auf nahme kinetischer Energie bei Verschiebung min destens einer der Positionen von Ge triebeausgangswelle oder Achsgetriebeeingangswelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformungselement aus mindestens zwei Elementteilen besteht, auf die das zu übertragende Antriebsdrehmoment parallel auf geteilt ist.

2. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchmesser (D1) mindestens eines Elementteiles kleiner ist als der Durchmesser (D2) der Gelenkwelle (1) und daß der Durchmesser (D3) des anderen Elementteiles (3) so gewählt ist, daß das Torsionswiderstandsmoment des Verformungselementes mindestens gleich oder größer ist als das der Ge lenkwelle (1).

3. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Elementteil kinetische Energie durch Verformung aufnehmen kann.

4. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Elementteil, das kinetische Ener gie aufnehmen kann, als Einschnürung des Gelenk wellendurchmessers (D2) an einem Teilabschnitt der Gelenkwelle (1) ausgebildet ist, während das andere Elementteil (3) den gesamten Teilabschnitt der Ein schnürung umgreifend überbrückt.

5. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das andere Elementteil ein Rohr (3) ist, dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser (D2) der Gelenkwelle entspricht und das an seinen Enden mit dem Außendurchmesser (D2) der Gelenkwelle (1) form- oder kraftschlüssig ver bunden ist.

6. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gelenkwelle (1) aus einem me tallischen Werkstoff besteht und daß das Rohr (3) ein gewickeltes Faserverbundrohr ist.

7. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Enden des Faserverbundrohres (3) durch eine Klebeverbindung mit der Gelenkwelle (1) verbunden sind.

8. Gelenkwelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Enden des Faserverbundrohres (3) durch einen Festsitz mit der Gelenkwelle (1) ver bunden sind.

9. Gelenkwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gelenkwelle (1) mehrere Verformungselemente ausgebildet sind.