DE4227967A1

DE4227967A1 - Rohrförmiges Bauteil aus Metall für Kraftfahrzeuge, wie Gelenkwelle, Pralltopf oder dergleichen

Info

Publication number: DE4227967A1
Application number: DE4227967A
Authority: DE
Inventors: Axel Bittrich; Heinz Dr Lowak; Klaus Dr Modricker; Guenter Ribbecke; Gerd Thomzick
Original assignee: FUCHS FA OTTO
Current assignee: FUCHS FA OTTO
Priority date: 1992-08-22
Filing date: 1992-08-22
Publication date: 1994-03-10

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Bauteil aus Metall für Kraftfahrzeuge, wie Gelenkwelle, Pralltopf oder derglei chen, mit einer oder mehreren Zonen mit definiert reprodu zierbarem plastischen Verformungsverhalten unter im wesent lichen axialer crashartiger Belastung.

Antriebswellen, Lenkungswellen oder dergleichen werden in Kraftfahrzeugen zur Übertragung von Drehmomenten ausgelegt. Aus Gewichtsgründen werden vornehmlich Hohlwellen einge setzt. Bei modernen Kraftfahrzeugen werden auch diese Bau teile im Hinblick auf mögliche Crashbeanspruchungen ausge legt, so daß sie unter im wesentlichen axialer crashartiger Belastung Energie aufnehmen und verformen. Die Verformung soll derart erfolgen, daß die rohrförmigen Bauteile nicht in das Kraftfahrzeuginnere gelangen und keine Verletzungs gefahren für die Insassen entstehen.

Es ist bereits bekannt, bei Fahrzeughohlwellen eine abge stufte Zone vorzusehen, bei der ein Rohrabschnitt mit gerin gerem Durchmesser mit einem Übergangsabschnitt in einen Rohrabschnitt mit größerem Durchmesser übergeht. Bei axialer Crashbelastung verformt sich der Übergangsabschnitt in der Art eines etwa S-förmigen Rollbalges. Durch diese plastische Verformung wird Crashenergie aufgezehrt. Das entsprechende Verformungsverhalten einer solchen bekannten Hohlwelle ist bezüglich der Energieaufnahme und dem Einstellen eines ge wünschten Kraft-Weg-Verlaufs unzureichend.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein rohrförmiges Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2 bezüg lich der Energieaufnahme und seines plastischen Verformungs verhaltens bei im wesentlichen axialer Belastung zu ver bessern.

Gelöst wird diese Erfindungsaufgabe mit einem rohrförmigen Bauteil aus Metall mit den gesamten Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Infolge der konstruktiven Gestaltung des Bauteils findet die Anfangsumformung als Biegung im aufgeweiteten Be reich statt, wodurch der Kraftverlauf stark ansteigt. Am Ende des Biegevorgangs reißt bei dünneren Wanddicken die Biegezone durch oder das Material schert ab bei dickeren Wanddicken. Gleichzeitig schieben sich beide Rohrabschnitte ineinander und verzehren bei einem nahezu konstanten Kraft- Weg-Verlauf weitere Crashenergie.

Eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung ist gekenn zeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 3, insbesondere in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Übergangszone zwischen den Rohrabschnitten wird das sichere Aufschieben des einen Rohrab schnittes auf den anderen gewährleistet. Durch Abstimmung der Durchmesserverhältnisse kann die Energieaufnahme relativ genau vorherbestimmt werden, so daß das Crashverhalten in engen Grenzen reproduzierbar ist. Die möglichen Verformungs wege sind lang, die Gefahr des Ausknickens während der Ver formung ist gering. Die Sollbruch- oder Sollscherstelle liegt im Bereich der Aufweitung. Sie kann durch eine Ausbil dung gemäß Anspruch 4 exakt festgelegt werden.

Anhand eines prinzipiell abgebildeten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abschnitt eines rohrförmigen Bautei teiles vor der Verformung,

Fig. 2-4 Phasen während der plastischen Verformung des Bauteiles unter im wesentlichen axi aler Crashbelastung bis zum Abscheren,

Fig. 5 die Phase des Aufschiebens unter Aufwei tung des einen Rohrteiles auf das andere Rohrteil, und

Fig. 6 eine grafische Darstellung des Kraft-Weg- Verlaufes während des Verformungsvorganges.

Das in Fig. 1 dargestellte rohrförmige Bauteil, welches eine Antriebs- oder eine Lenkungswelle oder ein Pralltopf sein kann, besteht aus einem ersten Rohrabschnitt 1 und einem zweiten Rohrabschnitt 2, wobei der Innendurchmesser d₁ des ersten Rohrabschnittes kleiner als der Außendurch messer D₂ des zweiten Rohrabschnittes ist. Im Prinzip kann daher ein Rohr, vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung, Verwendung finden mit konstantem Innen- und Außendurchmes ser. Den Übergangsbereich zwischen den beiden Rohrabschnit ten 1 und 2 bildet eine sickenartig aufgeweitete Zone 3. Diese im Querschnitt etwa dachförmige Aufweitung 3 besitzt einen ersten Abschnitt 31 mit einem spitzen Anstiegswinkel (a), vorzugsweise unter 45° und einen zweiten Abschnitt 32 mit einem demgegenüber steileren Anstiegswinkel (b). Die anzunehmende im wesentlichen axiale Crashbelastung ist mit den beiden mit "P" bezeichneten Pfeilen angedeutet.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, schieben sich die beiden Rohrabschnitte 1 und 2 zunächst aufeinander zu unter Auffaltung der Aufweitung 3, wobei der Abschnitt 32′ sich steiler stellt und der Abschnitt 31′ zunächst im wesentli chen seine Schräglage beibehalt. Im weiteren Verformungs vorgang in der Phase gemäß Fig. 3 rollt sich der Abschnitt 32′′ um und wird teilweise von dem Abschnitt 31′′ überscho ben. Es beginnt die Aufweitung, nach dem der Abschnitt 31′′ vom Abschnitt 32′′ abreißt. Die Bruchkante, die im Bereich einer vorgesehenen Sollbruchstelle liegt, ist mit der Ziffer 321 bezeichnet. Diese Sollbruchstelle ist in Fig. 1 ebenfalls angedeutet. Sie kann als Schwächung des Quer schnittes im Bereich des Abschnittes 32 vorgesehen werden.

Die Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt die Phase der Aufweitung des Rohrabschnittes 1, der sich mit seinem aufgeweiteten Abschnitt 1′ auf den Rohrabschnitt 2 aufschiebt. Dieser Auf schiebung entspricht der Kurvenabschnitt 4 der Darstellung in Fig. 5. Der Kurvenabschnitt 5 liegt im Bereich der Ab scherung der beiden Rohrabschnitte 1 und 2 voneinander, während der Kurvenabschnitt 6 den ansteigenden Kraftverlauf über den Weg im Bereich der Anfangsverformung der Aufwei tung 3 liegt.

Claims

1. Rohrförmiges Bauteil aus Metall für Kraftfahrzeuge, wie Gelenkwelle, Pralltopf oder dergleichen, mit einer oder mehreren Zonen mit definiert reproduzierbarem plastischen Verformungsverhalten unter im wesentlichen axialer crash artiger Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (33) als radial umlaufende Aufweitung ausge bildet ist, derart, daß sich bei der axialen Belastung ein Rohrabschnitt (1, 1′) unter Aufweitung auf den anderen Rohrabschnitt (2) aufschiebt.

2. Rohrförmiges Bauteil aus Metall für Kraftfahrzeuge, wie Gelenkwelle, Pralltopf oder dergleichen, mit einer oder mehreren Zonen mit definiert reproduzierbarem plastischen Verformungsverhalten unter im wesentlichen axialer crash artiger Belastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone als radial umlaufende Einschnürung ausgebil det ist, derart, daß sich bei der axialen Belastung ein Rohrabschnitt unter Aufweitung auf den anderen Rohrab schnitt aufschiebt.

3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die im Querschnitt etwa dachförmige Aufweitung (3) einen ersten Abschnitt (31) mit einem spitzen An stiegswinkel (a), vorzugsweise unter 45°, und einen zwei ten Abschnitt (32) mit einem demgegenüber steileren An stiegswinkel (b) aufweist.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß im zweiten Abschnitt (32) eine Sollbruch- bzw. Sollscherstelle (321) vorgesehen ist.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Innendurchmesser (d₁) des einen Rohrab schnittes (1) kleiner als der Außendurchmesser (D₂) des anderen Rohrabschnittes (2) ist.

6. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer Alumi niumlegierung.