DE102013009497A1 - Teleskopierbare Antriebswelle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Antriebswelle (1), die wenigstens einen äußeren Wellenabschnitt (11) mit einem hohlen Endabschnitt mit zylindrischem Innenquerschnitt und zumindest einen inneren Wellenabschnitt (12) aufweist, der zumindest entlang einer ersten Eintauchtiefe (L1) in den hohlen Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts (11) eingetaucht ist. Die Wellenabschnitte (11, 12) sind an einer Kontaktfläche zwischen einer Außenwand des inneren Wellenabschnitts (12) und einer Innenwand des äußeren Wellenabschnitts (11) entlang der ersten Eintauchtiefe (L1) stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung (12') hat eine längsaxiale Belastbarkeit, die geringer ist als eine vorbestimmte Knickkraft, die bei längsaxialer Belastung der Antriebwelle (1) zum Knicken der Wellenabschnitte (11, 12) führt. Der innere Wellenabschnitt (12) kann bei Aufbringen einer Axialkraft, die größer ist als die Knickkraft, tiefer als die erste Eintauchtiefe (L1) in das hohle Ende des äußeren Wellenabschnitts (11) eintauchen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebswelle für ein Kraftfahrzeug.
  • Bei Kraftfahrzeugen, deren Motor nicht unmittelbar mit der angetriebenen Achse gekoppelt ist, werden Antriebswellen mit einem oder mehreren Gelenken eingesetzt, die den Motor und das Achsgetriebe zur Drehmomentübertragung entlang der Fahrzeuglängsachse koppeln. Zur Drehmomentübertragung sind die Wellen meist sehr massiv ausgeführt, etwa als Hohlwelle aus Stahl, stellen aber aufgrund dieser massiven und steifen Bauweise im Crashfall ein erhebliches Verletzungsrisiko für die Insassen des Fahrzeugs und für den Crashgegner dar. Immer strenger werdende Anforderungen an das Crashverhalten, sowohl zum Insassenschutz als auch zum Schutz der Crashgegner, machen es daher notwendig, auch die Antriebswelle mit in das Crashkonzept einzubeziehen.
  • Es sind teleskopierbare Lenksäulen bekannt, die sich im Crashfall zusammenschieben lassen, so dass sie sich bei einem Aufprall nicht in den Innenraum eindringen. Es wurden aber auch Antriebswellen entwickelt, die sowohl das geforderte Drehmoment übertragen können als auch bei Überschreiten einer definierten Axialkraftbelastung versagen und sich teleskopartig zusammenschieben lassen, so etwa Antriebswellen mit einem Durchstoßgelenk.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 10 2009 009 682 A1 eine faserverstärkte Gelenkwelle bekannt, die zwei Wellenabschnitte aufweist, die durch einen Übergangsabschnitt verbunden sind, der ein Sollbruchabschnitt ist, der bei Überschreiten einer Grenzdruckbelastung bricht. Der Sollbruchabschnitt weist einen gekrümmten Querschnitt auf. Der eine Wellenabschnitt hat dabei einen kleineren Durchmesser als der andere Wellenabschnitt, so dass er bei Versagen des Sollbruchabschnitts in den anderen Wellenteil eindringen kann.
  • Auch die DE 101 04 547 A1 betrifft eine axial zusammenschiebbare Antriebswelle, die aus einem einzigen Materialstück besteht, das aber mehrere Abschnitte aufweist; ein erster Wellenabschnitt und ein zweiter Wellenabschnitt, die durch einen Sollbruchabschnitt verbunden sind. Der Sollbruchabschnitt weist eine umlaufende Ausbauchung auf, an die sich in Richtung des anderen Wellenabschnitts ein Aufnahmeabschnitt anschließt, dessen Durchmesser größer ist als der des ersten Wellenabschnitts. Bei einer definierten Axialkraftbelastung fängt die Ausbauchung an, sich aufgrund des auftretenden Biegemomentes in der Randfaser der Ausbauchung zu verformen, bis sie versagt und der Materialzusammenhalt aufgelöst wird. Der erste Wellenabschnitt kann sich nun in den Aufnahmeabschnitt bewegen, wodurch die Gesamtlänge der Welle verkürzt wird.
  • Schließlich ist aus der DE 37 25 959 A eine Verbindung einer Hohlwelle aus einem faserverstärkten Werkstoff, die endseitig mit einem Zapfen gekoppelt ist, bekannt. Der Durchmesser des Zapfens ist dabei größer als der Innendurchmesser der Hohlwelle, weshalb die Hohlwelle zum Verbinden aufgeweitet wird und der Zapfen kraftschlüssig gehalten werden kann. Bei Überschreiten eines Grenzdrehmoments rutscht die kraftschlüssige Verbindung durch.
  • Die Auslösekraft kann bei den bekannten teleskopierbaren Antriebswellen jedoch nicht eingestellt werden, ohne den Wellenkörper neu zu dimensionieren, da die Auslösekraft maßgeblich von der Geometrie und den Werkstoffeigenschaften eben dieses Wellenkörpers bestimmt wird. Wegen der vergleichsweise komplexen Geometrie in den Sollbruchabschnitten ist jede Anpassung der Auslösekraft somit nur unter erhöhtem Kostenaufwand zu realisieren, da zu einer Änderung der Geometrie des Sollbruchabschnitts stets auch neue Formen für die Fertigung, etwa durch Gesenkschmieden oder Hydroforming, hergestellt werden müssen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebswelle zu schaffen, die zusammenschiebbar ist und aus weniger komplexen Halbzeugen gebildet werden kann. Wünschenswert ist ferner, dass sie es ermöglicht, die Auslösekraft ohne Austausch der wesentlichen Wellenbauteile zu dimensionieren und dass sie günstiger herstellbar ist als bekannte teleskopierbare Antriebswellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Antriebswelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
  • Die erfindungsgemäße Antriebswelle weist in einer ersten Ausführungsform wenigstens einen äußeren Wellenabschnitt mit einem hohlen Endabschnitt, der einen zylindrischen Innenquerschnitt hat, und wenigstens einen inneren Wellenabschnitt auf, der entlang einer ersten Eintauchtiefe in das hohle Ende des äußeren Wellenabschnitts eingetaucht ist. Die Wellenabschnitte sind an einer Kontaktfläche zwischen der Außenwand des inneren Wellenabschnitts und der Innenwand des äußeren Wellenabschnitts entlang der ersten Eintauchtiefe stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung hat eine längsaxiale Belastbarkeit, die geringer als eine vorbestimmte Knickkraft ist, die bei längsaxialer Belastung der Antriebwelle zum Knicken der Wellenabschnitte führt. Der innere Wellenabschnitt kann bei Aufbringen einer Axialkraft, die größer ist als die Knickkraft, tiefer als die erste Eintauchtiefe in das hohle Ende des äußeren Wellenabschnitts eintauchen.
  • „Belastbarkeit” bedeutet hierin Gesamtbelastbarkeit der Klebeverbindung, die zu einem Versagen derselben führt. Um eine hinreichend belastbare stoffschlüssige Verbindung zu erhalten, soll der Innenquerschnitt des hohlen zylindrischen Endabschnitts des äußeren Wellenabschnitts entlang der ersten Eintauchtiefe mit dem Außenquerschnitt des inneren Wellenabschnitts korrespondieren, während die Spaltweite auf den verwendeten Zusatzstoff der stoffschlüssigen Verbindung anzupassen ist. Das Betriebsdrehmoment wird letztlich über den Zusatzstoff im Ringspalt zwischen dem inneren Wellenabschnitt und dem äußeren Wellenabschnitt übertragen.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, aus vergleichsweise einfachen Halbzeugen, etwa zylindrischen Rohren, eine teleskopierbare Antriebswelle aufzubauen, deren Auslösekraft sehr einfach und ohne Änderungen an der Geometrie der Wellenabschnitte eingestellt werden kann. Die Kraft, die zum Versagen der stoffschlüssigen Verbindung führt, kann einfach durch Änderung der Eintauchtiefe, der Festigkeit des Zusatzstoffs und durch die Spaltweite zwischen dem inneren und dem äußeren Wellenabschnitt bestimmt werden.
  • Geeigneter Weise wird bei der Dimensionierung der stoffschlüssigen Verbindung auch das zu übertragende Drehmoment mit einbezogen. Die Kraft, die zum Versagen führt, soll jedoch nur maximal so hoch sein, wie die Kraft, die zum Versagen des schlankeren Wellenabschnitts durch Knicken führen würde. Durch geeignetes Design der Verbindung wird über den gesamten Schiebeweg ein nahezu konstantes (oder auch vordefiniertes, z. B. wegabhängiges) Kraftniveau eingestellt, dass für die relevanten Crashlastfälle die optimale Kennlinie im Gesamtfahrzeug liefert. Die Kraft zum Zusammenschieben der Welle wird bevorzugt auf einen Bereich von 40 bis 80 kN eingestellt. Die erfindungsgemäße Antriebswelle knickt daher bei einem Crash nicht aus, sondern lässt sich unter der auftretenden Axialkraftbelastung beim Crash zusammenschieben, wodurch das Verletzungsrisiko für Fahrzeuginsassen sowie Crashgegner verringert werden kann.
  • Dabei kann die Antriebswelle kostengünstiger hergestellt werden als bekannte teleskopierbare Antriebswellen, da zur Erreichung verschiedener Auslösekräfte stets die gleichen Wellenabschnitte verwendet werden können und nur Änderungen an der stoffschlüssigen Verbindung nötig sind. Dadurch können sowohl Konstruktions- als auch Lagerhaltungskosten gesenkt werden.
  • Der Querschnitt der Wellenabschnitte kann vorteilhaft kreisförmig sein, da sich dadurch bei Torsionsbelastung eine homogene Spannungsverteilung und eine gute Werkstoffausnutzung ergeben.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann einer oder können beide Wellenabschnitte wenigstens entlang eines Längsachsenabschnitts aus einem faserverstärkten Werkstoff bestehen, wobei ein faserverstärkter Kunststoff, insbesondere CFK oder GFK, vorteilhaft sind.
  • Wenn die Antriebswelle aus dem faserverstärkten Werkstoff besteht, können bekannte Vorteile hinsichtlich erhöhter Drehsteifigkeit bei reduziertem Gewicht sowie im Fahrzeug-Gesamtsystem einer erhöhte Fahrdynamik erreicht werden, da eine geringere Masse beschleunigt werden muss.
  • Die genannten Fasertypen sind nicht beschränkend zu verstehen; vielmehr können, wenn es sinnvoll erscheint, auch andere Fasertypen zum Einsatz kommen, etwa Aramidfasern. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wellenabschnitte nur entlang eines Längsachsenabschnitts aus faserverstärktem Werkstoff bestehen, etwa in dem Abschnitt, in dem sie mit dem jeweils anderen Wellenabschnitt verbunden sind.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die stoffschlüssige Verbindung eine faserfreie Verbindung sein, wobei eine Klebeverbindung oder eine Verbindung, die durch einen Matrixwerkstoff des zumindest einen Wellenabschnitts aus dem faserverstärkten Werkstoff gebildet ist, vorteilhaft ist.
  • Die faserfreie Verbindung ist vorteilhaft, weil die mechanischen Eigenschaften von reinen Werkstoffen besser vorhersagbar sind als die von faserverstärkten Werkstoffen, da bei diesen oft Alterungseffekte die mechanischen Eigenschaften im Laufe der Zeit verändern.
  • So kann die Auslösekraft der Antriebswelle hinreichend genau dimensioniert werden und es kann davon ausgegangen werden, dass sich die dimensionierte „Auslösekraft” auch nach langer Benutzungsdauer nicht wesentlich ändert. Auch ist der Versagensmechanismus einer faserfreien Verbindung ein anderer; so ergeben sich beispielsweise nach dem Versagen keine scharfen Bruchkanten und offene Faserenden, was insbesondere auch beim Recycling das Verletzungsrisiko senken kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Wellenabschnitt aus dem faserverstärkten Werkstoff eine Faserausrichtung aufzeigen, bei der die Fasern in einem Winkel im Bereich von 25° bis 70° bezüglich der Längsachse zu liegen kommen; auch ein Winkel in einem Bereich von 35° bis 55° wird als vorteilhaft, und ein Bereich von 40° bis 50° als besonders vorteilhaft angesehen.
  • Die beschriebene Faserausrichtung ist bei einer torsionsbelasteten Antriebswelle vorteilhaft, da die Längsachsen der Fasern dadurch kraftflussgerecht ausgerichtet sind. Um wechselnde Torsionslasten besser Stand zu halten, können die Fasern auch gekreuzt angeordnet werden. Die Herstellung eines solchen Fasermaterial-Schlauches ist beispielsweise durch Pultrusion möglich und gut automatisierbar. Ebenso können auch Prepregs oder Preforms zum Einsatz kommen.
  • Wenn ein konstanter Außendurchmesser umgesetzt werden soll, oder weitere Einstellparameter hinsichtlich Einstellung Lastniveau und Laufverhalten genutzt werden müssen, kann die Sollbruchfläche auch gestuft zwischen den einzelnen Faserlagen realisiert werden. Das bedeutet, dass innerhalb eines rohrförmigen Wellenabschnittes mehrere Faserlagen durch jeweils dazwischen angeordnete faserfreie Klebeflächen oder faserfreie Matrixbereich voneinander getrennt sind. Im Crashfall versagen dann definiert die Bereiche ohne Faserverbund, d. h. aus Kleber oder Matrix, und die beiden Rohrhälften schieben sich zunächst übereinander und – bei entsprechende Lauflänge – auch ineinander. Bevorzugt findet ein gesteuerter Anstieg des Lastniveaus am Ende statt. Wichtig ist, dass die Gelenkwelle auf einem möglichst konstanten und wohldefinierten Kraftniveau nachgibt. Das Niveau dieser Kraft liegt bevorzugt bei einem Wert im Bereich von 40 bis 80 kN, besonders bevorzugt bei 50 oder 80 kN.
  • Des Weiteren kann koaxial über dem inneren Wellenabschnitt ein zweiter innerer Wellenabschnitt geführt sein, der entlang eines Längsachsenabschnitts mit dem inneren Wellenabschnitt verbunden ist. Zwischen dem hohlen Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts und dem gegenüberliegenden Ende des zweiten inneren Wellenabschnitts liegt ein erster umlaufender Spalt vorbestimmter längsaxialer Ausdehnung vor, der als Anschlag für den äußeren Wellenabschnitt dient. Der Begriff „Ende” ist hierin in Bezug zur längsaxialen Ausdehnung der Wellenabschnitte zu verstehen, so dass sich der umlaufende Spalt zwischen sich gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden Wellenabschnitte befindet. Hierdurch wird eine Antriebswelle erhalten, die nahezu über die gesamte Länge einen konstanten Außenquerschnitt hat; lediglich an der Position des umlaufenden Spalts hat die Antriebswelle einen kleineren Querschnitt. Vorteilhaft kann in dieser Ausführungsform auch der maximale Zusammenschiebeweg der Antriebswelle durch die längsaxiale Ausdehnung des umlaufenden Spalts begrenzt werden, da er beim Verschieben als Anschlag dient.
  • Darüber hinaus kann auch koaxial über dem äußeren Wellenabschnitt ein zweiter äußerer Wellenabschnitt geführt sein, der wenigstens entlang eines Längsachsenabschnitts mit dem äußeren Wellenabschnitt verbunden ist. Der zweite äußere Wellenabschnitt ist entlang einer zweiten Eintauchtiefe stoffschlüssig mit dem zweiten inneren Wellenabschnitt verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung hat eine längsaxiale Belastbarkeit, die geringer ist als die vorbestimmte Knickkraft, die bei längsaxialer Belastung der Antriebwelle zum Knicken der zweiten Wellenabschnitte führt. Der zweite innere Wellenabschnitt kann beim Aufbringen einer Axialkraft, die größer ist als die Knickkraft, tiefer als die zweite Eintauchtiefe in den zweiten äußeren Wellenabschnitts eingetaucht werden.
  • In dieser Ausführungsform wird eine Anordnung wie sie nach Anspruch 1 formuliert ist, nochmal gefertigt und radial außen über die Antriebswelle geschoben. Dadurch kann ein höheres Drehmoment übertragen werden und auch die Axialkraft, bei der die stoffschlüssige Verbindung versagt, kann höher gewählt werden, da sich diese Axialkraft nun auf zwei stoffschlüssige Verbindungen aufteilt. Wenn es sich um Wellenabschnitte aus faserverstärktem Kunststoff handelt, kann die Antriebswelle nach dieser Ausführungsform einfach durch „stapeln” und anschließendem Laminieren einzelner Wellenrohlingen hergestellt werden.
  • Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann über dem zweiten inneren Wellenabschnitt und dem zweiten äußeren Wellenabschnitt eine vorbestimmte Anzahl weiterer innerer Wellenabschnitte und/oder äußerer Wellenabschnitte geführt sein. Zwischen gegenüberliegenden Enden eines n-ten inneren Wellenabschnitts und eines (n – 1)-ten äußeren Wellenabschnitts befindet sich jeweils ein n-ter umlaufender Spalt mit vorbestimmter längsaxialer Ausdehnung.
  • Indem radial außen noch weitere Wellenabschnitte über die zweiten Wellenabschnitte „gestapelt” werden, quasi nach dem Matroschka-Prinzip, können das maximal übertragbare Drehmoment sowie die Dämpfungseigenschaften der Welle gezielt dimensioniert werden, wobei die Dämpfungseigenschaften maßgeblich durch die Eigenschaften des Zusatzstoffs im den Ringspalten bestimmt werden. Jedoch kann auch die Axialkraft, die zum „Auslösen” der stoffschlüssigen Verbindungen führt, dimensioniert werden, indem die Eintauchtiefen der n-ten inneren in die n-ten äußeren Wellenabschnitte sowie die Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindungen mit in die Auslegung einbezogen werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Wellenabschnitt höchster „Ordnung” ein innerer Wellenabschnitt ist, der nicht in einem äußeren Wellenabschnitt derselben Ordnung geführt ist, also quasi eine Ausgleichhülse bildet. Der Außenquerschnitt dieser Ausgleichshülse kann besonders vorteilhaft dem Außenquerschnitt des längsaxial gegenüber angeordneten äußeren Wellenabschnitts entsprechen, da so eine Antriebswelle mit bis auf den umlaufenden Spalt dazwischen konstantem Außenquerschnitt erhalten werden kann.
  • Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Dabei zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt der zusammenschiebbaren Antriebswelle,
  • 2 einen Längsschnitt einer weiteren zusammenschiebbaren Antriebswelle.
  • Eine einfache Gestaltung einer erfindungsgemäßen Antriebswelle 1 ist in 1 gezeigt. Der innere Wellenabschnitt 12 ist entlang der Eintauchtiefe L1 in den äußeren Wellenabschnitt 11 eingeführt. Es ist zu erkennen, dass der Außendurchmesser D2 des inneren Wellenabschnitts 12 kleiner ist als der Innendurchmesser D1 des äußeren Wellenabschnitts 11, weshalb sich dazwischen ein Ringspalt 12' befindet. Die beiden Wellenabschnitte 11, 12 sind zumindest an ihren ineinander geführten Enden zylindrisch, wobei es sein kann, dass die Wellenabschnitte 11, 12 außerhalb der Endabschnitte eine andere Form haben, sie können natürlich auch über die komplette Länge zylindrisch sein. Insbesondere kann der Querschnitt kreisförmig sein, da sich mit einem kreisförmigen Querschnitt die beste Werkstoffausnutzung bei Torsionsbelastung ergibt. Entlang des Ringspalts 12' sind die beiden Wellenabschnitte 11, 12 stoffschlüssig verbunden, sodass über diese Verbindung ein Betriebsdrehmoment übertragen werden kann. Die Größe des übertragbaren Betriebsdrehmoments lässt sich unter Beibehaltung der Dimensionen der beiden Wellenabschnitte 11, 12 allein durch Veränderung der Eintauchtiefe L1 und durch die Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung im dem Ringspalt 12' einstellen. Die stoffschlüssige Verbindung kann unter Verwendung eines Zusatzstoffs, etwa eines Klebers, realisiert werden. Wenn es sich bei den Wellenabschnitten 11, 12 um FVK-Rohre handelt, so kann der Zusatzstoff auch der Matrixkunststoff der FVK-Rohre sein, da von diesem bekannt ist, dass er sich gut stoffschlüssig mit den Wellenabschnitten 11, 12 verbindet.
  • Wird die Antriebswelle 1 durch eine Axialkraft belastet, wie beispielsweise beim Crash, so wird die stoffschlüssige Verbindung im Ringspalt 12' bei Überschreiten einer Grenzkraft versagen. Die Grenzkraft kann über die oben beschriebenen Möglichkeiten dimensioniert werden und soll nur so groß gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass keiner der Wellenabschnitte 11, 12 durch Ausknicken versagt, da dies ein erhöhtes Verletzungsrisiko darstellt. Nach dem Versagen der stoffschlüssigen Verbindung kann der innere Wellenabschnitt 12 in den äußeren Wellenabschnitt 11 eindringen; wenn es sich um Rohre handelt, ist der Eindringweg prinzipiell unbegrenzt. Es ist jedoch auch denkbar, dass nur der Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts 11, der den inneren Wellenabschnitt 12 aufnimmt, hohl ist und der Rest eine Vollwelle; dann ist der Eindringweg begrenzt, was jedoch in der Figur nicht gezeigt ist. In einem solchen Fall kann es sogar vorteilhaft möglich sein, dass nach dem Erreichen dieses Anschlags weitere Energie durch Crushing der FVK-Wellenabschnitte abgebaut wird. Vorteilhaft können die Wellenabschnitte aus FVK durch Pultrusion hergestellt werden, wobei die Fasern insbesondere lastflussgerecht etwa in einem ±45° Winkel angeordnet sein können, was der 1 allerdings nicht zu entnehmen ist.
  • Die erfindungsgemäße Antriebswelle 1 bietet aber nicht nur den Vorteil, dass sie sich im Crashfall zusammenschieben lässt, vielmehr ist es auch möglich, über die Dimensionierung der stoffschlüssigen Verbindung im Ringspalt 12' das maximal übertragbare Drehmoment zu begrenzen, was etwa, wenn der Antriebsstrang während der Fahrt plötzlich blockiert, vorteilhaft ist, da so wirksam ein gefährliches Blockieren der angetriebenen Achse verhindert werden kann, da die Antriebswelle 1 quasi als Rutschkupplung wirkt.
  • In 2 ist eine andere Ausführungsform der Antriebswelle 1 im Längsschnitt dargestellt. Der Grundaufbau mit innerem Wellenabschnitt 12 und äußerem Wellenabschnitt 11 entspricht der Antriebswelle 1, die in 1 gezeigt ist.
  • Um ein größeres Drehmoment übertragen zu können, bzw. um eine größere Auslösekraft der stoffschlüssigen Verbindung im Ringspalt zu erhalten, sind über die aus 1 bekannten inneren und äußeren Wellenabschnitte 11, 12, die hier erste Wellenabschnitte bilden, nach außen hin weitere innere und äußere Wellenabschnitte 14, 15, 16 angeordnet. Über dem inneren Wellenabschnitt 12 ist ein zweiter innerer Wellenabschnitt 14 geführt, dessen Innenquerschnitt mit dem Außenquerschnitt des ersten inneren Wellenabschnitts 12 korrespondiert, während die beiden Wellenabschnitte 12, 14 miteinander verbunden sind. Zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des zweiten inneren Wellenabschnitts 14 und des ersten äußeren Wellenabschnitts 11, befindet sich ein umlaufender Spalt 18, der sich in Längsrichtung der Welle 1 erstreckt. Dieser Spalt 17 definiert nach dem Versagen der stoffschlüssigen Verbindung 12' den maximalen Verschiebeweg des ersten inneren Wellenabschnitts 12 und des ersten äußeren Wellenabschnitts 11. Noch weiter außen ist ein zweiter äußerer Wellenabschnitt 15 mit dem ersten äußeren Wellenabschnitt 11 verbunden, der entlang der vorbestimmten Eintauchtiefe L2 über den inneren Wellenabschnitt zweiter Ordnung 14 geschoben ist, mit dem er auf der Länge L2 stoffschlüssig verbunden ist. Diese stoffschlüssige Verbindung im Ringspalt 14' trägt zusätzlich zur stoffschlüssigen Verbindung im Ringspalt 12' zur Kraft- und Momentenübertragung der Antriebswelle 1 bei. Vor dem Zusammenschieben der Antriebswelle 1 müssen bei dieser Ausführungsform der Welle beide stoffschlüssigen Verbindungen in den Ringspalten 12', 14' versagt haben, während der maximal zusammenschiebbare Weg zusätzlich zu dem umlaufenden Spalt 17 auch noch durch den zweiten umlaufenden Spalt 18 begrenzt wird. Der umlaufende Spalt 18 erstreckt sich mit der Länge L4 entlang der Längsachse und befindet sich zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen des zweiten äußeren Wellenabschnitts 15 und einer als Hülse 16 über den zweiten inneren Wellenabschnitt 14 gestreiften dritten inneren Wellenabschnitt 16. Durch die Hülse 16 wird erreicht, dass die Antriebswelle 1 auf ihrer ganzen Länge quasi den gleichen Außendurchmesser hat, wobei dieser nur durch den umlaufenden Spalt 18 „unterbrochen” wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009009682 A1 [0004]
    • DE 10104547 A1 [0005]
    • DE 3725959 A [0006]

Claims (8)

  1. Antriebswelle (1), die zumindest einen äußeren Wellenabschnitt (11) mit einem hohlen Endabschnitt mit zylindrischem Innenquerschnitt und zumindest einen inneren Wellenabschnitt (12) aufweist, der zumindest entlang einer ersten Eintauchtiefe (L1) in den hohlen Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts (11) eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenabschnitte (11, 12) an einer Kontaktfläche zwischen einer Außenwand des inneren Wellenabschnitts (12) und einer Innenwand des äußeren Wellenabschnitts (11) entlang der ersten Eintauchtiefe (L1) stoffschlüssig verbunden sind, wobei die stoffschlüssige Verbindung (12') eine längsaxiale Belastbarkeit bereitstellt, die geringer ist als eine vorbestimmte Knickkraft, die bei längsaxialer Belastung der Antriebwelle (1) zum Knicken der Wellenabschnitte (11, 12) führt, und wobei der innere Wellenabschnitt (12) bei Aufbringen einer Axialkraft, die größer ist als die Knickkraft, tiefer als die erste Eintauchtiefe (L1) in das hohle Ende des äußeren Wellenabschnitts (11) eintauchbar ist.
  2. Antriebswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Wellenabschnitte (11, 12) zumindest entlang eines Längsachsenabschnitts aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht, bevorzugt aus FVK, besonders bevorzugt aus CFK oder GFK.
  3. Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (12') eine faserfreie Verbindung (12') ist, die bevorzugt – eine Klebeverbindung ist oder – durch einen Matrixwerkstoff des zumindest einen Wellenabschnitts aus dem faserverstärkten Werkstoff gebildet ist.
  4. Antriebswelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (11, 12) aus dem faserverstärkten Werkstoff bezüglich der Längsachse eine Faserausrichtung in einem Bereich von 25° bis 70°, bevorzugt in einem Bereich von 35° bis 55°, besonders bevorzugt in einem Bereich von 40° bis 50°, aufweist.
  5. Antriebswelle nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial über dem inneren Wellenabschnitt (12) ein zweiter innerer Wellenabschnitt (14) geführt ist, der zumindest entlang eines Längsachsenabschnitts mit dem inneren Wellenabschnitt (12) verbunden ist, wobei zwischen dem hohlen Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts (11) und dem gegenüberliegenden Ende des zweiten inneren Wellenabschnitts (14) ein erster umlaufender Spalt (17) vorbestimmter längsaxialer Ausdehnung (L3) vorliegt, der als Anschlag für den äußeren Wellenabschnitt (11) ausgebildet ist.
  6. Antriebswelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial über dem äußeren Wellenabschnitt (11) ein zweiter äußerer Wellenabschnitt (15) geführt ist, der zumindest entlang eines Längsachsenabschnitts mit dem äußeren Wellenabschnitt (11) verbunden ist und der entlang einer zweiten Eintauchtiefe (L2) stoffschlüssig mit dem zweiten inneren Wellenabschnitt (14) verbunden ist, wobei die stoffschlüssige Verbindung (14') eine längsaxiale Belastbarkeit bereitstellt, die geringer ist als eine vorbestimmte Knickkraft, die bei längsaxialer Belastung der Antriebwelle (1) zum Knicken der zweiten Wellenabschnitte (14, 15) führt, und wobei der zweite innere Wellenabschnitt (14) bei Aufbringen einer Axialkraft, die größer ist als die Knickkraft, tiefer als die zweite Eintauchtiefe (L2) in den zweiten äußeren Wellenabschnitts (11) eintauchbar ist.
  7. Antriebswelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass über dem zweiten inneren Wellenabschnitt (14) und dem zweiten äußeren Wellenabschnitt (15) eine vorbestimmte Anzahl weiterer innerer Wellenabschnitte und äußerer Wellenabschnitte geführt ist, wobei zwischen gegenüberliegenden Enden eines n-ten inneren Wellenabschnitts und eines (n – 1)-ten äußeren Wellenabschnitts jeweils ein n-ter umlaufender Spalt (18) mit vorbestimmter längsaxialer Ausdehnung vorliegt.
  8. Antriebswelle (1), die zumindest einen äußeren Wellenabschnitt (11) mit einem hohlen Endabschnitt mit zylindrischem Innenquerschnitt und zumindest einen inneren Wellenabschnitt (12) aufweist, der zumindest entlang einer ersten Eintauchtiefe (L1) in den hohlen Endabschnitt des äußeren Wellenabschnitts (11) eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Wellenabschnitt (11) mit dem inneren Wellenabschnitt (12) über eine Klebeverbindung verbunden ist und der Kraftschluss so eingestellt ist, dass die beiden Wellenabschnitte bei einer axialen Belastung oberhalb 40 kN ineinander schiebbar sind.
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