DE102005035578A1

DE102005035578A1 - Antriebswelle mit einem Antriebsgelenk für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005035578A1
Application number: DE102005035578A
Authority: DE
Inventors: Gerald Langer; Armin Ihle; Walter Pischel; Stephan Lutzenberger; Manfred Dr. Hirschvogel
Original assignee: IFA MASCHB GmbH; IFA-MASCHINENBAU GmbH; Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: IFA Technologies GmbH; Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-03-15
Also published as: JP2007040531A; US20070026954A1; CA2554447A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle (1) mit einem Antriebsgelenk (9) für ein Kraftfahrzeug, bei der das Antriebsgelenk (9) ein Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil (12) aufweist, die axial ineinander gesteckt sind und in Laufbahnen (16, 17) geführte Wälzkörper zwischen sich aufnehmen. DOLLAR A Um zu erreichen, dass die Antriebswelle (1) bei unzulässig hohen Drehmomenten nicht zerbricht und auseinander fällt, ist vorgesehen, dass das Gelenkaußenteil (12) derart ausgebildet ist, dass es beim Überschreiten einer vorderfinierten Drehmomentschwelle als Sollbruchstelle der Antriebswelle (1) bricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle mit einem Antriebsgelenk für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Antriebswellen sind an sich bekannt und werden zur Übertragung eines Antriebsdrehmomentes von einer Motor-Getriebe-Kombination zu den Fahrzeugrädern genutzt. Dabei können diese Antriebswellen als so genannte Seitenwellen für Fahrzeuge mit einem Front-Quer-Einbau der Motor-Getriebe-Kombination oder als Längsantriebswelle bzw. Kardanwelle ausgebildet sein. Bei Längsantriebswellen kann das Antriebsgelenk als Gleichlaufschiebegelenk ausgebildet sein und sich axial zwischen zwei Wellenabschnitten befinden, die an ihren freien Enden einenends mit dem Getriebe und anderenends mit einem Differentialgetriebe im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden sind. Bei als Seitenwellen ausgebildeten Antriebswellen für Fahrzeuge ist an dem fahrzeugradseitigen Ende einer solchen Seitenwelle üblicherweise ein Gleichlaufdrehgelenk oder ein Tripodegelenk angeordnet, welches mit seinem Ausgangselement mit der zugeordneten Radnabe antriebsverbunden ist.

Die DE 101 54 254 A1 zeigt beispielhaft eine solche Seitenwelle mit einem daran angeordneten und als Gleichlaufdrehgelenk ausgebildeten Antriebsgelenk. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem Gelenkinnenteil und einem Gelenkaußenteil, wobei das Gelenkinnenteil axial in dem Gelenkaußenteil aufgenommen ist. Das Gelenkinnenteil und das Gelenkaußenteil weisen zueinander weisende Laufbahnen auf, in denen Kugeln zur Übertragung eines Drehmomentes von dem Gelenkinnenteil zu dem Gelenkaußenteil angeordnet sind.

Von besonderem Interesse im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist die Wandstärke des Gelenkaußenteils bei diesem bekannten Gleichlaufdrehgelenk. Wie die DE 101 54 254 A1 in einer Querschnittsdarstellung deutlich zeigt, weist das Gelenkaußenteil sowohl im Aufnahmebereich für das Gelenkinnenteil bzw. für die Kugel unterschiedliche Wandstärken auf, wobei die Laufbahnen für die Kugeln die dünnsten Bereiche markieren.

Dieser bekannte Wandstärkenverlauf liegt deswegen vor, weil einerseits in dem Gelenkaußenteil die erwähnten Laufbahnen für die Kugel eingearbeitet sind, und andererseits das Gelenkaußenteil eine weitgehend zylindrische oder glockenförmige Außengeometrie aufweist.

Nachteilig an diesem bekannten Gelenkaußenteil ist, dass dieses vergleichsweise massiv und damit schwer ausgebildet ist. Eine mit einem solchen Antriebsgelenk ausgestattete Antriebswelle neigt bei unzulässig hohen Drehmomenten daher an allen anderen Stellen eher zu einem Bauteilversagen als am Antriebsgelenk. Sofern dieses Bauteilversagen der Antriebswelle im Bereich des Wellenrohrs, an Scheißnähten oder an anderen Anschlusselementen der Antriebswelle erfolgt, so führt dies zu einem Auseinanderfallen der Antriebswelle. Dieses ist unbedingt zu vermeiden, da die antriebsseitig und/oder abtriebsseitig angetriebenen Bauteile der Antriebswelle ohne eine ausreichende Anzahl von Lagerpunkten unkontrolliert unter dem Fahrzeugboden rotieren und dort Schaden anrichten können.

Des Weiteren sind auch Gelenkaußenteile für Antriebswellen bekannt, die durch einen Blechumformvorgang hergestellt sind und überall etwa die gleiche Wandstärke aufweisen. Nachteilig an diesen Gelenkaußenteilen ist, dass diese oft nur vergleichsweise geringe Drehmomente übertragen können. Bei zu hohen Drehmomenten zerreißen diese Blech-Gelenkaußenteile zudem derartig, dass die Kugeln und das Gelenkinnenteil freigegeben werden, so dass auch durch einen solchen Aufbau das geschilderte Sicherheitsproblem auftritt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebswelle mit einem Antriebsgelenk vorzustellen, welches aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften in der Lage ist, vergleichsweise hohe Drehmomente zu übertragen, und welches bei unzulässig hohen Drehmomenten diese derartig aufnimmt, dass das Antriebsgelenk zwar zerstört wird, dabei jedoch das Gelenkinnenteil und das Gelenkaußenteil zusammenhält.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Die Erfindung betrifft demnach eine Antriebswelle mit einem Antriebsgelenk für ein Kraftfahrzeug, bei der das Antriebsgelenk ein Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil aufweist, die axial ineinander gesteckt sind und in Laufbahnen geführte Wälzkörper zwischen sich aufnehmen. Das Gelenkaußenteil ist hierbei derart ausgebildet, dass es beim Überschreiten einer vordefinierten Drehmomentschwelle als Sollbruchstelle der Antriebswelle dient und bricht.

Bevorzugt ist das Gelenkaußenteil so ausgebildet, dass dieses beim Zerbrechen seine geometrische Form weitgehend beibehält. In jedem Fall wird aber das Freigegeben des Gelenkinnenteils durch das Gelenkaußenteil verhindert.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gelenkaußenteil durch eine besondere Ausbildung der Wandstärken desselben als Sollbruchstelle der Antriebswelle wirkt.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltungsform sind die Wandstärken des Gelenkaußenteils im Aufnahmebereich für das Gelenkinnenteil des Antriebsgelenks überall im Wesentlichen identisch.

Eine andere Variante sieht vor, dass die Wandstärke D1, D4 des Gelenkaußenteils im Bereich der Laufbahnen für die Wälzkörper geringer ist als die Wandstärke in den zwischen diesen Laufbahnen liegenden Bereichen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstärke D1, D4 des Gelenkaußenteils im Bereich der Laufbahnen für die Wälzkörper größer ist als die Wandstärke D2, D3 in den zwischen den Laufbahnen liegenden Bereichen.

Ein gemäß einer dieser Varianten geformtes Gelenkaußenteil wird beispielsweise dadurch geschaffen, dass das Gelenkaußenteil des Antriebsgelenks an seinem Außenumfang in denjenigen Bereichen radial nach innen weisende Senken aufweist, die zwischen den innenseitigen Laufbahnen für die Wälzkörper liegen.

Um eine möglich gute Kraftübertragung von dem Gelenkaußenteil zu einem damit antriebstechnisch verbundenen anderen Antriebsstrangteil realisieren zu können, kann vorgesehen sein, dass der Wellenanschlussbereich des Gelenkaußenteils eine andere, vorzugsweise größere Wandstärke aufweist, als der Aufnahmebereich für das Gelenkinnenteil.

Das Gelenkaußenteil kann für jede Bauart eines gattungsgemäßen Antriebsgelenks mit einem Gelenkinnenteil, einem Gelenkaußenteil und darin angeordneten Wälzkörper gemäß der Erfindung ausgebildet sein. So kann es beispielsweise als ein Gleichlaufschiebegelenk oder ein Tripodegelenk ausgebildet sein. Schließlich kann die Antriebswelle als Längsantriebswelle oder als Seitenantriebswelle ausgebildet sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
1 eine teleskopisierbare Kardanwelle mit einen Antriebsgelenk gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht,
2 eine Darstellung des Außenteils des Antriebsgelenks gemäß 1, und.
3 einen Querschnitt durch das Außenteil gemäß 2
Demnach zeigt 1 eine Kardanwelle 1, die zwei Teilwellen umfasst und beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit einer Front-Quer-Anordnung des Fahrzeugantriebsmotors und des Getriebes genutzt wird. Eine erste Welle 2 ist mit der zweiten Welle 3 über ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gleichlaufschiebegelenk 9 antriebswirksam verbunden. Im Bereich dieses Gleichlaufschiebegelenks 9 ist ein Lagerbock 10 zur Aufnahme eines Mittenlagers angeordnet, mittels dem die Kardanwelle 1 in ihrem mittleren Abschnitt am Fahrzeugunterboden lagerbar ist.
Beide Wellen 2 und 3 sind an ihren freien Enden mit an sich bekannten Gelenkscheiben 7, 8 verbunden. Der Pfeil 11 gibt die Vorwärts-Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges an, so dass die Gelenkscheibe 8 mit der Ausgangswelle des Fahrzeuggetriebes und die Gelenkscheibe 7 mit dem Eingang eines Differentialgetriebes verbindbar ist.
Die zweite Welle 3 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst einen ersten Wellenabschnitt 4 sowie einen zweiten Wellenabschnitt 5, die im Bereich eines Verschiebeabschnitts 6 koaxial ineinander schiebbar sind, wenn eine ausreichend hohe Axialkraft auf diese einwirkt. Um die gewünschte Axialverschiebbarkeit realisieren zu können, sind die zueinander weisenden Wellenabschnitte 4 und 5 der zweiten Welle 3 beispielsweise mit einer Axialverzahnung versehen, die zudem eine Übertragung eines Drehmomentes ermöglicht, eine gezielte Verschiebebewegung unterstützt und so ausgebildet ist, dass durch diese kinetische Energie in radiale Verformungsarbeit beziehungsweise in Wärmeenergie umwandelbar ist.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Gelenkaußenteil 12 des Gleichlaufschiebegelenks 9, welches einen Aufnahmeabschnitt 18 zur axialen Aufnahme des Gelenkinnenteils und der Wälzkörper (nicht dargestellt) sowie einen Wellenanschlussbereich 13 aufweist, in dem das Gelenkaußenteil 12 mit dem rohrförmigen Wellenabschnitt 4 des Antriebswelle 1 beispielsweise durch eine Scheißnaht verbindbar ist.
Wie 2 verdeutlicht, weist dieses Gelenkaußenteil 12 abweichend von solchen gemäß dem Stand der Technik Senken 15 im Außenumfang auf, die bevorzugt in denjenigen Bereichen des Gelenkaußenteils 12 ausgebildet sind, die sich umfangsbezogen zwischen den jeweiligen innenseitigen Laufbahnen 16, 17 für die Wälzkörper befinden.
3 veranschaulicht diesen konstruktiven Aufbau anhand einer Querschnittsdarstellung durch einen Umfangsabschnitt des Gelenkaußenteils 12 gemäß 2. Darin ist deutlich erkennbar, dass die Wandstärken D1 bis D4 an der Querschnittsfläche 14 über alle Umfangsabschnitte des Gelenkaußenteils weitgehend identisch ausgebildet sind. Um dies auch zwischen den Laufbahnen 16, 17 für die Wälzkörper erreichen zu können, weist die Außengeometrie des Gelenkaußenteils 12 die schon genannten Senken 15 auf.
Ein so geformtes Gelenkaußenteil 12 ist in der Lage, unzulässig hohe Drehmomente derart aufzunehmen, dass dieses Bauteil als Sollbruchstelle des Antriebsgelenks 9 bzw. der Antriebswelle 1 wirkt. Dabei bricht zwar das Gelenkaußenteil 12, es behält dabei aber seine geometrische Form weitgehend bei, so dass auch das Antriebsgelenk 9 beziehungsweise die Antriebswelle 1 nicht auseinander fällt. Dieses Bauteilverhalten ist dadurch bedingt, dass bei gleicher Wandstärke des Gelenkaußenteils 12 die Spannungsverteilung im demselben homogener als bei bekannten Gelenkaußenteilen mit unterschiedlichen Wandstärken ist. Zudem sind die duktilen Bereiche im Werkstoff des Gelenkaußenteils 12 besser über den Umfang desselben verteilt, wodurch ein elastischeres Aufnehmen von Belastungsspitzen unterhalb der zerstörenden Belastungsgrenze erfolgt.
Schließlich soll nicht unerwähnt bleiben, dass ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Antriebsgelenk beziehungsweise Gelenkaußenteil wegen der bedarfsgerecht hergestellten Wandstärken bei vergleichbarer Drehmomentübertragungsfähigkeit mit Vorteil deutlich leichter ist als solche gemäß dem Stand der Technik.

1: Kardanwelle
2: Erste Welle
3: Zweite Welle
4: Erster Wellenabschnitt
5: Zweiter Wellenabschnitt
6: Verschiebeabschnitt
7: Erste Gelenkscheibe
8: Zweite Gelenkscheibe
9: Gleichlaufschiebegelenk
10: Lagerbock des Mittenlagers
11: Fahrtrichtung
12: Gelenkaußenteil des Gleichlaufschiebegelenk
13: Wellenanschlussbereich
14: Schnittfläche
15: Senke im Außenteil
16: Laufbahn im Außenteil
17: Laufbahn im Außenteil
18: Aufnahmebereich für das Innenteil im Außenteil
D1: Wanddicke
D2: Wanddicke
D3: Wanddicke
D4: Wanddicke

Claims

Antriebswelle (1) mit einem Antriebsgelenk (9) für ein Kraftfahrzeug, bei der das Antriebsgelenk (9) ein Gelenkinnenteil und Gelenkaußenteil (12) aufweist, die axial ineinander gesteckt sind und in Laufbahnen (16, 17) geführte Wälzkörper zwischen sich aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil (12) derart ausgebildet ist, dass es beim Überschreiten einer vordefinierten Drehmomentschwelle als Sollbruchstelle der Antriebswelle (1) bricht.
Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil (12) derart bricht, dass es seine geometrische Form weitgehend beibehält.
Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil (12) durch Ausbildung der Wandstärken (D1, D2, D3, D4) desselben als Sollbruchstelle wirkt.
Antriebswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärken (D1, D2, D3, D4) des Gelenkaußenteils (12) im Aufnahmebereich (18) für das Gelenkinnenteil des Antriebsgelenks (9) überall im Wesentlichen identisch sind.
Antriebswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (D1, D4) des Gelenkaußenteils (12) im Bereich der Laufbahnen (16, 17) geringer ist als die Wandstärke (D2, D3) in den zwischen den Laufbahnen (16, 17) liegenden Bereichen.
Antriebswelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (D1, D4) des Gelenkaußenteils (12) im Bereich der Laufbahnen (16, 17) größer ist als die Wandstärke (D2, D3) in den zwischen den Laufbahnen (16, 17) liegenden Bereichen.
Antriebswelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkaußenteil (12) des Antriebsgelenks (9) an seinem Außenumfang in denjenigen Bereichen radial nach innen weisende Senken (15) aufweist, die zwischen den innenseitigen Laufbahnen (16, 17) für die Wälzkörper liegen.
Antriebswelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenanschlussbereich (13) des Gelenkaußenteil (12) eine andere Wandstärke aufweist, als der Aufnahmebereich (18) für das Gelenkinnenteil.
Antriebswelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgelenk als Gleichlaufschiebegelenk (9) oder als Tripodegelenk ausgebildet ist.
Antriebswelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Längsantriebswelle (1) oder als Seitenantriebswelle ausgebildet ist.