WO2006024433A1 - Abstützeinrichtung für eine kardanwelle eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstützeinrichtung für eine kardanwelle eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2006024433A1
WO2006024433A1 PCT/EP2005/009109 EP2005009109W WO2006024433A1 WO 2006024433 A1 WO2006024433 A1 WO 2006024433A1 EP 2005009109 W EP2005009109 W EP 2005009109W WO 2006024433 A1 WO2006024433 A1 WO 2006024433A1
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WO
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shaft
bearing block
bearing
motor vehicle
shaft portion
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Application number
PCT/EP2005/009109
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kerbel
Reinhard Reetz
Ralf Sperber
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/22—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
    • B60K17/24—Arrangements of mountings for shafting

Definitions

  • the invention relates to a support device for a Kar ⁇ danwelle a motor vehicle.
  • the cardan shaft is a component oriented in the longitudinal direction of the motor vehicle, which is subjected to displacements, for example as a result of playing the cardan shaft, elastic deformations and plastic deformations with a crash deformation of the motor vehicle. While such changes in the geometry of the cardan shaft in the longitudinal direction of the motor vehicle are hingenom ⁇ men or desired, as this deformation energy can be absorbed, lateral buckling of the propeller shaft, at least in partial directions transverse to the longitudinal axis of the propeller shaft, undesirable.
  • a deformation element for a cardan shaft is known, is absorbed in the deformation energy by a "Umstülpvorgang" a tubular portion.
  • a lateral buckling of the propeller shaft during the everting operation is avoided in that a cylindri ⁇ shear extension of a pipe part on one side of the Umstülp ⁇ point is guided radially inwardly of a pipe part on the other side of the Umstülpstelle.
  • the present invention is based on the object of providing an alternative or additional support unit for a gimbal wave of a motor vehicle, by means of which a suitable influencing of the buckling behavior of the cardan shaft can take place.
  • a bearing block is provided in the support means, which is firmly connected to the body of the motor vehicle.
  • the bearing block is firmly screwed or welded onto the underside of the body or a carrier of the motor vehicle.
  • a shaft portion of the propeller shaft passes through a recess of the bearing block to form a radial clearance.
  • the shaft portion of the propeller shaft may be any part of the propeller shaft.
  • the recess of the bearing block can be oriented in any direction, for example in the direction of the longitudinal axis of the shaft section or transversely to the longitudinal axis of the shaft section.
  • the forming radial clearance can result over the entire circumferential surface of the shaft portion with the same or different size of the game in the circumferential direction.
  • the play can be present only over part of the circumferential area, while the shaft section can move freely at least in another direction.
  • buckling of the propeller shaft in the direction of the roadway may under certain circumstances be accepted, while it is only accepted to a limited extent in the direction of the passenger compartment and / or parallel to the subfloor, so that the bearing block can only take effect in the latter directions.
  • the bearing block surrounds the entire circumferential surface.
  • the bearing block has one (or more) contact surface (s). At the contact surface of the shaft portion comes in the event of a crash to avoid buckling of the propeller shaft after a Koch ⁇ meander of the game to the plant.
  • the bearing block does not affect the operation of the motor vehicle and the bearing conditions of the cardan shaft during normal operation of the motor vehicle. Even in the event of a crash, the bearing block will not be effective if buckling of the shaft section does not occur anyway. In this case, it can thus be avoided that contact, friction or clamping forces arise between the bearing block and the shaft section, which can negatively influence the deformation behavior of the cardan shaft.
  • the bearing block limits the buckling in accordance with the predetermined radial play. After overcoming the clearance, a change in the storage conditions occurs, which initially or completely prevents further buckling, in particular in the area of the bearing block. If the recess is partially open in the radial direction, buckling in this direction can be tolerated, while buckling in other directions is avoided by the bearing block. Furthermore, with a variation of the radial clearance in the circumferential direction, the bearing block can become effective for different radial buckling.
  • the changes in the boundary conditions of the cardan shaft to be used selectively by the action of the bearing block, in order to produce a progressive stiffness of the cardan shaft in the longitudinal direction the additional supporting point of the cardan shaft relative to the bearing block result in changed boundary conditions which lead to a different buckling event which, for example, involves shorter effective buckling lengths and accordingly leads to a higher rigidity in the longitudinal direction and a higher critical buckling load.
  • the clearance is overcome as a result of a displacement of a pivot point of the cardan shaft, for example as a result of a change in the relative position of the drive unit relative to a rear pivot point of the propeller shaft.
  • the recess is oriented approximately in the direction of the longitudinal axis of the shaft section.
  • a circumferential surface bounding the recess completely surrounds the shaft section with a contact surface, in particular with a gap of equal or unequal size. different gap height.
  • a height of the gap varying over the circumference can be achieved in a particularly simple manner. This results in particularly defined Lagerbe ⁇ conditions for the propshaft in the event of a crash.
  • the recess of the bearing block is funnel-shaped in the longitudinal direction.
  • the funnel-shaped formation of the recess serves to guide the shaft section. Due to the funnel-shaped design, enlarged leading abutment surfaces can result, whereby stress peaks in the area of the bearing block on the one hand, but also in the area of the circumferential surface of the shaft section can be avoided, the undesired damage to the cross section of the shaft section and thus undesired mechanical failure of the shaft section could result.
  • a further supporting device is characterized in that the cross section of the recess is larger than the largest cross section of a wave region passing through the bearing block in the event of a crash. In this way, care is taken that in a crash, in which (initially) no buckling of the cardan shaft takes place, the bearing block does not influence the deformation behavior of the cardan shaft.
  • a further proposal of the invention comes after a defined displacement of the shaft portion in the event of a crash, a portion of the shaft portion in the axial direction to rest on the bearing block.
  • the (axial) stiffness behavior of the cardan shaft can be influenced in a targeted manner. If the shaft section comes into contact with the bearing block in the axial direction, further relative shifts between bearing block and shaft section are avoided. Further displacements of the shaft section are then only possible if the body to which the bearing block is connected - G -
  • the bearing block is designed to be multifunctional: in addition to the aforementioned functions, the bearing block also serves as a shaft bearing for supporting the shaft section during normal operation of the motor vehicle.
  • the functional surfaces of the bearing block for the different functions are in this case in particular offset in the axial direction against each other.
  • Such a multifunctional design has advantages in terms of manufacture, assembly, weight and variety of components.
  • the relative position for a bearing housing of the shaft bearing and a bearing housing of the bearing block for automatically avoiding buckling are furthermore automatically defined for the multifunctional design.
  • the shaft bearing can influence the buckling behavior. It is also possible that the connection of the shaft bearing to the bearing block or shaft section is automatically released at the beginning or during the crash, so that only the contact surface of the bearing block influences the deformation behavior of the cardan shaft.
  • the shaft bearing has a fold body made of an elastomer material.
  • the fold body receives a roller bearing radially inwardly and is supported radially outwardly (directly or indirectly) relative to the bearing block.
  • a particularly suitable isotropic or anisotropic storage can be provided.
  • such a fold body can enable a (limited) axial and / or radial displacement of the shaft bearing with the shaft section in the event of a crash.
  • the fold body breaks, so that the connection between the shaft section is released via the shaft bearing to the bearing block.
  • FIG. 1 shows a first partial longitudinal section of a propshaft for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a second partial longitudinal section of a propshaft for a motor vehicle with a support device according to the invention
  • 3 is a third partial longitudinal section of a propeller shaft for a motor vehicle
  • FIG 4 shows a support device according to the invention in an enlarged partial view and FIG 5 shows a three-dimensional view of a bearing block which can be used according to the invention.
  • a cardan shaft 10 for a motor vehicle has a An ⁇ drive shaft 11, an intermediate shaft 12 and an output shaft 13 which are interposed in the above-mentioned sequence between a transmission of the motor vehicle and a Achsverteilergetriebe Antriebssze ⁇ lar.
  • the drive shaft 11 is drivingly connected via a hinge 14 to the intermediate shaft 12, ensuring pivoting.
  • the intermediate shaft 12 is connected to the output shaft 13 via a hinge 15 to allow relative pivoting.
  • axial sections of the propshaft 10 are shown in FIGS. 1 to 3.
  • the drive shaft 11 in the end region assigned to the transmission has a radially extending flange 16, via which the drive shaft 11 is connected by means of screws 18 to a transmission output shaft, not shown, with the interposition of a flexible joint 17.
  • the drive shaft 11 is hollow and substantially rohrf ⁇ rmig aus ⁇ formed.
  • a tubular extension 19 of the flange 16 is positively connected via a friction welding 20 to a hollow, tubular drive shaft body 21.
  • the drive shaft body 21 merges via a cross-section extension 22 into a widening 23 which has a constant diameter over an axial portion.
  • the widening 23 merges again into the original diameter region of the drive shaft body 21 in an everting region 24.
  • a tubular guide element 25 is fixedly provided in the drive shaft body 21, which protrudes into the widening 23 and into the end region facing the transmission forms a radial contact surface 26 against the widening 23.
  • a deformation element corresponding to DE 41 13 709 C2 is formed.
  • Another bolt 31 of the joint 14 is fixedly connected to a flange 32 of the intermediate shaft 12.
  • the flange 32 is fixed to drive via a spline 33, but axially displaceable 29iebbing connected to a socket 34 which has a rohrgei- ge extension 35.
  • the extension 35 is fixedly connected via a friction welding 36 with an intermediate shaft body 37.
  • the intermediate shaft body 37 has a widening 38 in a central portion.
  • the intermediate shaft body 37 is fixedly connected via friction welding 39 to a tubular extension 40 of a bush 41 which is axially displaceable radially inwardly via a spline 42 with a shaft portion 43 of a flange 44. but is in Antriebs ⁇ connection.
  • the flange 44 carries a bolt 67 which is part of the universal joint 15 which corresponds essentially to the joint 14.
  • the Ab ⁇ drive shaft 13 substantially corresponds to the drive shaft 11, which, for example, according to FIG. 3 without Ver ⁇ shaping element according to DE 41 13 709 C2 may be formed.
  • Via a corresponding flange, a Gelenk ⁇ disc and screws of the output shaft 13 is an An ⁇ binding to drive elements of the axle transfer case.
  • the shaft bearings 45, 46 each have a bearing eye 47, 48, in each of which a ⁇ -shaped fold body 49, 50 is taken auf ⁇ .
  • the fold bodies 49, 50 are designed as composite elements which have an elastomer body and parallel metallic support materials in the region of the contact points on the bearing body 47, 48 and on the rolling bearings 51, 52 arranged radially inwardly.
  • the roller bearings 51, 52 are sealed in a manner known per se by means of lids on both sides with respect to the surrounding area. Radial inside, the bearings 51, 52 are based on the shaft portion 43 and a flange 32 associated shaft portion.
  • the bearing block 55 has in the longitudinal direction of the same one behind the other:
  • first portion 57 a first portion 57, a second portion 58 and a third portion 59.
  • the recess 56 forms a funnel 60 with frustoconical outer geometry.
  • the recess 56 forms a contact surface 61 corresponding to a cylindrical surface of a cylinder.
  • the recess 56 forms an outlet region 62 with a cross-section widening in the direction of the axial distributor.
  • the diameter of the recess 56 in the second portion is in particular greater than that of the flange 41, the extension 40 and the Reibsch adoptedung 39, but smaller than the für ⁇ diameter of the expansion 38.
  • a radial clearance 66 is provided between the bearing block 55 and the associated shaft portion of the propeller shaft 10 thus a radial clearance 66 is provided.
  • the bearing eye 48 of the shaft bearing 46 and the bearing block 55 are integrally formed mit ⁇ each other to a single bearing housing.
  • the bearing eye 48 forms a fourth portion 63.
  • a shaft section 65 is guided in a crash through the Lager ⁇ bock 55 largely in the axial direction and in this case guided by the bearing block 55 in the radial direction, with the axial movement compensation of existing strands in the drive strands in the axial direction, an elasti ⁇ deformation and / or plastic deformation of Tei ⁇ len of the drive train and a shift of articulation points of the propeller shaft 10 is accompanied.
  • Axial is understood to mean the longitudinal axis of the drive shaft 11, the intermediate shaft 12 or the output shaft 13, while radially designating a direction transverse to the aforementioned axial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abstützeinheit für eine Kardanwelle (10) eines Kraftfahrzeugs. In einem Crashfall eines Kraftfahrzeugs muss gewähr­leistet werden, dass ein vorgegebenes Deformations­verhalten der Kardanwelle gegeben ist. Erfindungsgemäß erfolgt zusätzlich zu Wellenlagern (45, 46) eine Abstützung der Kardanwelle (10) über einen Lagerbock (55). Bei einer Deformation der Kar­danwelle (10) quer zur Längsachse kommt diese zur An­lage an Anlageflächen (61) des Lagerbockes (55). Kardanwellen von Kraftfahrzeugen, insbesondere drei­teilige Kardanwellen für Standardantrieb.

Description

Abstützeinrichtung für eine Kardanwelle eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Abstützeinrichtung für eine Kar¬ danwelle eines Kraftfahrzeugs.
Im Crashfall eines Kraftfahrzeugs stellt die Kardanwelle ein in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs orientiertes Bauteil dar, welches mit einer Crashverformung des Kraftfahrzeuges Ver¬ schiebungen, beispielsweise infolge von Spielen der Kardan¬ welle, elastischen Verformungen und plastischen Verformungen ausgesetzt wird. Während derartige Änderungen der Geometrie der Kardanwelle in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs hingenom¬ men werden oder erwünscht sind, da hierdurch Verformungsener¬ gie aufgenommen werden kann, ist ein seitliches Ausknicken der Kardanwelle, zumindest in Teilrichtungen quer zur Längs¬ achse der Kardanwelle, unerwünscht.
Aus der DE 41 13 709 C2 ist ein Verformungselement für eine Kardanwelle bekannt, bei dem Verformungsenergie durch einen "Umstülpvorgang" eines röhrförmigen Abschnittes aufgenommen wird. Ein seitliches Ausknicken der Kardanwelle während des Umstülpvorganges wird dadurch vermieden, dass ein zylindri¬ scher Fortsatz eines Rohrteils auf einer Seite der Umstülp¬ stelle radial innenliegend von einem Rohrteil auf der anderen Seite der Umstülpstelle geführt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative oder zusätzliche Abstützeinheit für eine Kardan- welle eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welcher ei¬ ne geeignete Beeinflussung des Ausknickverhaltens der Kardan¬ welle erfolgen kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist in der Abstützeinrichtung ein Lagerbock vorgesehen, der fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Beispielsweise ist der Lagerbock fest an die Unterseite der Karosserie oder eines Trägers des Kraftfahr¬ zeugs angeschraubt oder angeschweißt.
Ein Wellenabschnitt der Kardanwelle tritt unter Ausbildung eines radialen Spiels durch eine Ausnehmung des Lagerbockes hindurch. Bei dem Wellenabschnitt der Kardanwelle kann es sich um ein beliebiges Teil der Kardanwelle handeln. Die Aus¬ nehmung des Lagerbockes kann in beliebige Richtung, bei¬ spielsweise in Richtung der Längsachse des Wellenabschnittes oder quer zu der Längsachse des Wellenabschnittes orientiert sein. Das sich ausbildende radiale Spiel kann sich über die gesamte Umfangsflache des Wellenabschnittes ergeben mit in Umfangsrichtung gleicher oder unterschiedlicher Größe des Spiels. Weiterhin kann das Spiel lediglich über einen Teil der Umfangsflache vorliegen, während sich der Wellenabschnitt mindestens in eine andere Richtung frei bewegen kann. Bei¬ spielsweise kann ein Ausknicken der Kardanwelle in Richtung der Fahrbahn unter Umständen akzeptiert werden, während es in Richtung des Fahrgastzelle und/oder parallel zum Unterboden nur begrenzt akzeptiert wird, so dass der Lagerbock nur in die letztgenannten Richtungen wirksam werden kann. Vorzugs¬ weise umgibt de Lagerbock die gesamte Umfangsflache.
Der Lagerbock besitzt eine (oder mehrere) Anlagefläche (n) . An der Anlagefläche kommt der Wellenabschnitt im Crashfall zur Vermeidung eines Ausknickens der Kardanwelle nach einer Über¬ windung des Spiels zur Anlage. Erfindungsgemäß beeinflusst somit der Lagerbock den Betrieb des Kraftfahrzeugs und die Lagerbedingungen der Kardanwelle während eines normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht. Auch in einem Crashfall kommt der Lagerbock dann nicht zur Wirkung, wenn ein Ausknicken des Wellenabschnittes ohnehin nicht eintritt. In diesem Fall kann somit vermieden werden, dass sich zwischen Lagerbock und Wellenabschnitt Kontakt-, Reib- oder Klemmkräfte ergeben, welche das Verformungsverhal¬ ten der Kardanwelle negativ beeinflussen können.
Kommt es allerdings, beispielsweise infolge der vorliegenden Crashbedingungen, zu einem beginnenden Ausknicken der Kardan¬ welle, so begrenzt der Lagerbock das Ausknicken entsprechend dem vorgegebenen radialen Spiel. Nach Überwinden des Spiels tritt eine Veränderung der Lagerbedingungen ein, die ein wei¬ teres Ausknicken, insbesondere im Bereich des Lagerbockes, zunächst oder vollständig verhindert. Ist die Ausnehmung in radialer Richtung teilweise offen, so kann ein Ausknicken in diese Richtung hingenommen werden, während durch den Lager¬ bock ein Ausknicken in andere Richtungen vermieden ist. Wei¬ terhin kann bei einer Variation des radialen Spiels in Um- fangsrichtung ein Wirksamwerden des Lagerbockes für unter¬ schiedliche radiale Ausknickungen vorgegeben werden.
Mit einem unerwünschten Ausknicken fällt die von der Kardan¬ welle aufnehmbare Verformungsenergie (radikal) ab, was zu ei¬ nem nichtlinearen Steifigkeitsverhalten in Längsrichtung füh¬ ren kann. Durch Wirksamwerden des Lagerbockes nach Überwin¬ dung des radialen Spiels kann ein derartiger Abfall der auf¬ zunehmenden Verformungsenergie und der Steifigkeit der Kar¬ danwelle in Längsrichtung vermieden werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die Änderungen der Randbedin¬ gungen der Kardanwelle durch ein Wirksamwerden des Lagerbo¬ ckes gezielt eingesetzt werden, um eine progressive Steifig¬ keit der Kardanwelle in Längsrichtung hervorzurufen: durch die zusätzliche Abstützstelle der Kardanwelle gegenüber dem Lagerbock ergeben sich veränderte Randbedingungen, die zu ei¬ nem anderen Knickfall führen, welcher beispielsweise kürzere wirksame Knicklängen beinhaltet und demgemäß zu einer höheren Steifigkeit in Längsrichtung sowie einer höheren kritischen Knicklast führt.
Neben der vorgenannten Möglichkeit der Überwindung des radia¬ len Spiels durch einen geringfügig einsetzenden Knickvorgang kann, beispielsweise im Zuge eines Ausgleichs von Spielen der Kardanwelle im Crashfall oder plastischen oder elastischen Verformungen der Kardanwelle, ein Bereich größeren Durchmes¬ sers des Wellenabschnittes der Kardanwelle in die Ausnehmung des Lagerbockes eintreten und zur Anlage an der Anlagefläche kommen.
Weiterhin ist es denkbar, dass das Spiel überwunden wird in¬ folge einer Verschiebung eines Anlenkpunktes der Kardanwelle, beispielsweise infolge einer Veränderung der relativen Lage des Antriebsaggregates gegenüber einem hinteren Anlenkpunkt der Kardanwelle.
Ebenfalls möglich ist, dass sich ein Kontakt zwischen Lager¬ bock und Wellenabschnitt aus einer Überlagerung
eines einsetzenden Ausknickvorgangs, einer Durchmesseränderung des in dem Lagerbock angeord¬ neten Wellenabschnittes und/oder einer Verschiebung eines Anlenkpunktes der Kardanwelle
ergibt.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist die Aus¬ nehmung ungefähr in Richtung der Längsachse des Wellenab¬ schnittes orientiert. Eine die Ausnehmung begrenzende Mantel¬ fläche umgibt mit einer Anlagefläche den Wellenabschnitt vollständig, insbesondere mit einem Spalt gleicher oder un- terschiedlicher Spalthöhe. Bei exzentrischer Montage von La¬ gerbock und Wellenabschnitt kann auf besonders einfache Weise eine über den Umfang variierende Höhe des Spaltes erzielt werden. Hierdurch ergeben sich besonders definierte Lagerbe¬ dingungen für die Kardanwelle im Crashfall.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung des Lagerbockes in Längsrich¬ tung trichterförmig ausgebildet. Während einer Verformung der Kardanwelle im Crashfall dient die trichterförmige Ausbildung der Ausnehmung einer Führung des Wellenabschnittes. Durch die trichterförmige Ausbildung können sich vergrößerte führende Anlageflächen ergeben, wodurch Spannungsspitzen im Bereich des Lagerbockes einerseits, aber auch im Bereich der Mantel¬ fläche des Wellenabschnittes vermieden werden können, die un¬ erwünschte Beschädigungen des Querschnittes des Wellenab¬ schnittes und damit ein unerwünschtes mechanisches Versagen des Wellenabschnittes zur Folge haben könnten.
Eine weitere erfindungsgemäße Abstützeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung größer ist als der größte Querschnitt eines im Crashfall durch den Lagerbock hindurchtretenden Wellenbereiches. Auf diese Weise ist dafür Sorge getragen, dass in einem Crashfall, bei dem (zunächst) kein Ausknicken der Kardanwelle erfolgt, der La¬ gerbock das Verformungsverhalten der Kardanwelle nicht beein- flusst.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kommt nach einer definierten Verschiebung des Wellenabschnittes im Crashfall ein Teilbereich des Wellenabschnittes in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock. Auf diese Weise kann gezielt das (a- xiale) Steifigkeitsverhalten der Kardanwelle beeinflusst wer¬ den. Kommt der Wellenabschnitt in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock, so werden weitere Relatiwerschiebungen zwischen Lagerbock und Wellenabschnitt vermieden. Weitere Verschiebungen des Wellenabschnittes sind dann nur noch mög¬ lich, wenn die Karosserie, an die der Lagerbock angebunden — G —
ist, ebenfalls verformt wird. Hiermit wird mit einer Herstel¬ lung der axialen Anbindung des Wellenabschnittes an den La¬ gerbock eine sprunghafte Erhöhung der Steifigkeit der Kardan¬ welle in axialer Richtung wirksam.
Als ein Material, welches sich hinsichtlich der Herstellung, der Herstellungskosten, des Gewichtes und der mechanischen Eigenschaften besonders gut für den Lagerbock eignet, hat sich Aluminium bewährt.
Nach einem besonderen Vorschlag der vorliegenden Erfindung ist der Lagerbock multifunktional ausgebildet: neben den vor¬ genannten Funktionen dient der Lagerbock weiterhin als Wel¬ lenlager für eine Lagerung des Wellenabschnittes während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs. Die Funktionsflächen des Lagerbockes für die unterschiedlichen Funktionen sind hierbei insbesondere in axialer Richtung gegeneinander ver¬ setzt. Eine derartige multifunktionale Ausbildung hat Vortei¬ le hinsichtlich der Herstellung, der Montage, des Gewichtes und der Bauteilvielfalt. Im Gegensatz zu einer separaten Aus¬ bildung für die einzelnen Funktionen ist weiterhin für die multifunktionale Ausbildung die relative Lage für ein Lager¬ gehäuse des Wellenlagers sowie ein Lagergehäuse des Lagerbo¬ ckes zur Vermeidung eines Ausknickens automatisch festgelegt. Während eines Crashfalles kann zusätzlich zu der Anlagefläche des Lagerbockes das Wellenlager das Ausknickverhalten beein¬ flussen. Möglich ist weiterhin, dass die Anbindung des Wel¬ lenlagers an den Lagerbock bzw. den Wellenabschnitt zu Beginn oder während des Crashvorgangs automatisiert gelöst wird, so dass lediglich die Anlagefläche des Lagerbockes das Verfor¬ mungsverhalten der Kardanwelle beeinflusst.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abstützein¬ richtung weist das Wellenlager einen Faltenkörper aus einem Elastomermaterial auf. Der Faltenkörper nimmt radial innen¬ liegend ein Wälzlager auf und ist radial außenliegend (unmit¬ telbar oder mittelbar) gegenüber dem Lagerbock abgestützt. Mittels eines derartigen Faltenkörpers aus einem Elastomerma¬ terial kann eine besonders geeignet isotrope oder anisotrope Lagerung bereitgestellt werden. Weiterhin kann ein derartiger Faltenkörper eine (begrenzte) axiale und/oder radiale Ver¬ schiebung des Wellenlagers mit dem Wellenabschnitt in dem Crashfall ermöglichen. Beispielsweise ist es zusätzlich mög¬ lich, dass nach Überwinden einer begrenzten axialen und/oder radialen Verschiebung des Faltenkörpers der Faltenkörper zer¬ reißt, so dass die Verbindung zwischen Wellenabschnitt über das Wellenlager zu dem Lagerbock gelöst wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merk¬ male sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geo¬ metrien der Bauteile, den relativen Abmessungen mehrerer dar¬ gestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirk¬ verbindungen miteinander, zu entnehmen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung naher er¬ läutert . In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 einen ersten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 einen zweiten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung,
Fig. 3 einen dritten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Abstützeinrichtung in vergrö¬ ßerter Teilansicht und Fig. 5 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäß ein- setzbaren Lagerbockes.
Eine Kardanwelle 10 für ein Kraftfahrzeug besitzt eine An¬ triebswelle 11, eine Zwischenwelle 12 und eine Abtriebswelle 13, die in der vorgenannten Reihenfolge zwischen ein Getriebe des Kraftfahrzeugs und ein Achsverteilergetriebe antriebsmä¬ ßig zwischengeschaltet sind. Die Antriebswelle 11 ist über ein Gelenk 14 mit der Zwischenwelle 12 antriebsmäßig unter Gewährleistung einer Verschwenkung verbunden. Die Zwischen¬ welle 12 ist mit der Abtriebswelle 13 über ein Gelenk 15 zur Ermöglichung einer relativen Verschwenkung verbunden. Um eine detaillierte Darstellung zu ermöglichen, sind in den Fig. 1 bis 3 jeweils axiale Teilbereiche der Kardanwelle 10 darge¬ stellt.
Gemäß Fig. 1 besitzt die Antriebswelle 11 in dem dem Getriebe zugeordneten Endbereich einen sich radial erstreckenden Flansch 16, über den die Antriebswelle 11 unter Zwischen¬ schaltung einer Gelenkscheibe 17 über Schrauben 18 an eine nicht dargestellte Getriebeausgangswelle angebunden ist. Die Antriebswelle 11 ist hohl und im Wesentlichen rohrfδrmig aus¬ gebildet. Zur Vereinfachung der Fertigung der Antriebswelle 11 ist ein rohrförmiger Fortsatz 19 des Flansches 16 über ei¬ ne Reibschweißung 20 mit einem hohlen, rohrförmigen Antriebs¬ wellenkörper 21 formschlüssig verbunden.
Der Antriebswellenkδrper 21 geht über eine Querschnittserwei¬ terung 22 in eine Aufweitung 23 über, die über einen axialen Teilbereich einen konstanten Durchmesser aufweist. Die Auf¬ weitung 23 geht in einem Umstülpbereich 24 wieder in den ur¬ sprünglichen Durchmesserbereich des Antriebswellenkörpers 21 über.
Auf der dem Umstülpbereich 24 abgewandten Seite ist fest in dem Antriebswellenkörper 21 ein rohrfδrmiges Führungselement 25 vorgesehen, welches in die Aufweitung 23 hineinragt und in dem dem Getriebe zugewandten Endbereich eine radiale Anlage¬ fläche 26 an die Aufweitung 23 bildet. Mit der Aufweitung 23, dem Umstülpbereich 24 und dem Führungseiement 25 ist ein Ver¬ formungselement entsprechend der DE 41 13 709 C2 gebildet.
Ih' dem dem Getriebe abgewandten Endbereich ist der Antriebs¬ wellenkörper 21 über eine Reibschweißung 27 mit einem hohlzy- linderförmigen Fortsatz 28 eines Flansches 29 fest verbunden, welcher einen Bolzen 30 des als Kreuzgelenk ausgebildeten Ge¬ lenkes 14 trägt.
Ein weiterer Bolzen 31 des Gelenks 14 ist fest mit einem Flansch 32 der Zwischenwelle 12 verbunden. Der Flansch 32 ist über eine Steckverzahnung 33 antriebsfest, aber axial ver¬ schieblich mit einer Buchse 34 verbunden, die eine rohrförmi- ge Erweiterung 35 besitzt. Die Erweiterung 35 ist über eine Reibschweißung 36 mit einem Zwischenwellenkörper 37 fest ver¬ bunden. Der Zwischenwellenkörper 37 weist in einem mittigen Teilbereich eine Aufweitung 38 auf. In dem dem Gelenk 15 zu¬ geordneten Endbereich ist der Zwischenwellenkörper 37 über eine Reibschweißung 39 fest mit einer rohrförmigen Erweite¬ rung 40 einer Buchse 41 verbunden, die radial innenliegend über eine Steckverzahnung 42 mit einem Wellenabschnitt 43 ei¬ nes Flansches 44 axial verschieblich ist, aber in Antriebs¬ verbindung steht. Der Flansch 44 trägt einen Bolzen 67, der Teil des als Kreuzgelenk ausgebildeten Gelenks 15 ist, wel¬ ches im Wesentlichen dem Gelenk 14 entspricht. Auch die Ab¬ triebswelle 13 entspricht im Wesentlichen der Antriebswelle 11, wobei diese beispielsweise entsprechend Fig. 3 ohne Ver¬ formungselement entsprechend der DE 41 13 709 C2 ausgebildet sein kann. Über einen entsprechenden Flansch, eine Gelenk¬ scheibe und Schrauben der Abtriebswelle 13 erfolgt eine An¬ bindung an Antriebselemente des Achsverteilergetriebes.
Während die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 13 ledig¬ lich über die AntriebsVerbindungen mit den benachbarten Bau- teilen gelagert sind, ist die Zwischenwelle 12 benachbart zu den Gelenken 14, 15 über als Faltenlager ausgebildete Wellen¬ lager 45, 46 gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeugs ge¬ lagert.
Die Wellenlager 45, 46 weisen jeweils ein Lagerauge 47, 48 auf, in die jeweils ein Σ-förmiger Faltenkörper 49, 50 aufge¬ nommen ist. Die Faltenkörper 49, 50 sind als Verbundelemente ausgebildet, die einen Elastomerkörper sowie parallele metal¬ lische Trägermaterialien im Bereich der Anlagestellen am La¬ gerauge 47, 48 sowie an den radial innenliegend angeordneten Wälzlagern 51, 52 aufweisen. Die Wälzlager 51, 52 sind in an sich bekannter Weise über Deckel beidseitig gegenüber der Um¬ gebung abgedichtet. Radial innenliegend stützen sich die Wälzlager 51, 52 gegenüber dem Wellenabschnitt 43 bzw. einem dem Flansch 32 zugeordneten Wellenabschnitt ab. Eine Abdich¬ tung der vorgenannten Wellenabschnitte 43 gegenüber den Buch¬ sen 34, 41, insbesondere zum Schutz der Steckverzahnungen 33, 42, erfolgt über Faltenbälge 53, 54.
Weiterhin ist ein Lagerbock 55 vorgesehen. Der Lagerbock 55 besitzt in Längsrichtung desselben hintereinander liegend:
einen ersten Teilbereich 57, einen zweiten Teilbereich 58 und einen dritten Teilbereich 59.
Im ersten Teilbereich 57 bildet die Ausnehmung 56 einen Trichter 60 mit kegelstumpfförmiger Außengeometrie. Im zwei¬ ten Teilbereich 58 bildet die Ausnehmung 56 eine einer Man¬ telfläche eines Zylinders entsprechende Anlagefläche 61. In dem dritten Teilbereich 59 bildet die Ausnehmung 56 einen Auslaufbereich 62 mit einem sich in Richtung des Achsvertei¬ lergetriebes erweiternden Querschnitt.
Der Durchmesser der Ausnehmung 56 im zweiten Teilbereich ist insbesondere größer als der des Flansches 41, der Erweiterung 40 sowie der Reibschweißung 39, aber kleiner als der Durch¬ messer der Aufweitung 38. Zwischen dem Lagerbock 55 und dem zugeordneten Wellenabschnitt der Kardanwelle 10 ist somit ein radiales Spiel 66 vorgesehen.
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind das Lagerauge 48 des Wellenlagers 46 und der Lagerbock 55 einstückig mit¬ einander ausgebildet zu einem einzigen Lagergehäuse. In die¬ sem Fall bildet das Lagerauge 48 einen vierten Teilbereich 63. Über den dritten Teilbereich 59 erfolgt eine Anpassung der Durchmesser des zweiten Teilbereiches an den Durchmesser des Lagerauges 48, vorzugsweise über einen Absatz 64, über den der Faltenkörper 50 einseitig axial abgestützt ist.
Ein Wellenabschnitt 65 wird bei einem Crash durch den Lager¬ bock 55 weitestgehend in axialer Richtung hindurchgeführt und hierbei durch den Lagerbock 55 in radialer Richtung geführt, wobei mit der axialen Bewegung ein Ausgleich von im Antriebs- sträng vorhandenen Spielen in axialer Richtung, eine elasti¬ sche Verformung und/oder eine plastische Verformung von Tei¬ len des Antriebsstranges sowie eine Verschiebung von Anlenk- punkten der Kardanwelle 10 einhergeht.
Unter "axial" wird die Längsachse der Antriebswelle 11, der Zwischenwelle 12 bzw. der Abtriebswelle 13 verstanden, wäh¬ rend radial eine Richtung quer zu der vorgenannten axialen Richtung bezeichnet.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Abstützeinheit für eine Kardanwelle (10) eines Kraftfahr¬ zeuges mit a) einem Lagerbock (55) , der fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden ist, b) einem Wellenabschnitt (65) der Kardanwelle (10) , der un¬ ter Ausbildung eines radialen Spieles (66) durch eine Ausnehmung (56) des Lagerbockes (55) hindurchtritt, wobei c) der Lagerbock (55) eine Anlagefläche (61) besitzt, an denen der Wellenabschnitt (65) im Crashfall zur Vermei¬ dung eines Ausknickens der Kardanwelle (10) nach einer Überwindung des Spieles (66) unter Ermöglichung axialer Verschiebungen des Wellenabschnittes (65) bei radialer Führung durch den Lagerbock (55) zur Anlage kommt, und d) nach einer definierten Verschiebung des Wellenabschnit¬ tes (65) in axialer Richtung im Crashfall bei radialer Führung durch den Lagerbock (55) ein Teilbereich des Wellenabschnittes (65) in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock (55) kommt.
2. Abstützeinheit für eine Kardanwelle (10) eines Kraftfahr¬ zeuges mit a) einem Lagerbock (55) , der fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden ist, b) einem Wellenabschnitt (65) der Kardanwelle (10) , der un¬ ter Ausbildung eines radialen Spieles (66) durch eine Ausnehmung (56) des Lagerbockes (55) hindurchtritt, wobei c) der Lagerbock (55) eine Anlagefläche (61) besitzt, an denen der Wellenabschnitt (65) im Crashfall zur Vermei¬ dung eines Ausknickens der Kardanwelle (10) nach einer Überwindung des Spieles (66) unter Ermöglichung axialer Verschiebungen des Wellenabschnittes (65) bei radialer Führung durch den Lagerbock (55) zur Anlage kommt, und d) der Lagerbock (55) weiterhin ein Wellenlager (46) für eine Lagerung des Wellenabschnittes (65) während des Be¬ triebes des Kraftfahrzeuges aufweist, welches einen Fal¬ tenkörper (50) aus einem Elastomermaterial aufweist, der radial innenliegend ein Wälzlager (52) aufnimmt und ra¬ dial außenliegend in einem Lagerauge (48) gegenüber dem Lagerbock (55) abgestützt ist.
3. Abstützeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (56) ungefähr in Richtung der Längsachse des Wellenabschnittes (65) orientiert ist und eine die Ausnehmung (56) radial begrenzende Anlagefläche (61) den Wellenabschnitt (65) vollständig umgibt.
4. Abstützeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (56) in Längsrichtung in Form eines Trich¬ ters (60) ausgebildet ist.
5. Abstützeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung (56) größer ist als der größte Querschnitt des im Crashfall durch den Lagerbock (55) hindurchtretenden Wellenabschnittes (65) .
6. Abstützeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer definierten Verschiebung des Wellenabschnittes (65) im Crashfall ein Teilbereich des Wellenabschnittes (65) in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock (55) kommt .
7. Abstützeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (55) mit Aluminium gebildet ist.
8. Abstützeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (55) weiterhin ein Wellenlager (46) für eine Lagerung des Wellenabschnittes (65) während des Betriebes des Kraftfahrzeuges aufweist .
9. Abstützeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenlager (46) einen Faltenkörper (50) aus einem E- lastomermaterial aufweist, welcher radial innenliegend ein Wälzlager (52) aufnimmt und radial außenliegend in einem Lagerauge (48) gegenüber dem Lagerbock (55) abgestützt ist.
10. Abstützeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (55) bei Blickrichtung entgegen der Fahrt- richtung in der nachfolgenden Reihenfolge folgende Teil¬ bereich aufweist:
a) einen ersten Teilbereich (57) , der als Trichter (60) ausgebildet ist, b) einen zweiten Teilbereich (58) , der eine Anlage¬ fläche (61) bildet, c) einen dritten Teilbereich (59) , der als Auslaufbe¬ reich ausgebildet ist und d) einen vierten Teilbereich (63) , welcher das Lager¬ auge (48) für das Wellenlager (46) bildet.
11. Kraftfahrzeug mit einer Kardanwelle und einer Abstützein¬ richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kardanwelle (10) eine gelenkig über zwei Gelenke (14, 15) mit weiteren Teilen (Antriebswelle 11, Abtriebswelle 13) der Kardanwelle in AntriebsVerbindung stehende Zwi¬ schenwelle (12) aufweist, die mit zwei jeweils benachbart zu einem Gelenk (14, 15) angeordneten Wellenlagern (45, 46) gegenüber der Karosserie abgestützt ist, wobei die Abstützeinrichtung benachbart zu dem hinteren Gelenk (15) bzw. Wellenlager (46) im Bereich der Zwischenwelle (12) angeordnet ist.
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