WO2007090429A1 - Gleichlaufdrehgelenk mit anschlagmitteln eine mehrteilige antriebswell - Google Patents

Gleichlaufdrehgelenk mit anschlagmitteln eine mehrteilige antriebswell Download PDF

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WO2007090429A1
WO2007090429A1 PCT/EP2006/001236 EP2006001236W WO2007090429A1 WO 2007090429 A1 WO2007090429 A1 WO 2007090429A1 EP 2006001236 W EP2006001236 W EP 2006001236W WO 2007090429 A1 WO2007090429 A1 WO 2007090429A1
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WO
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joint
joint part
cage
constant velocity
shaft
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PCT/EP2006/001236
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English (en)
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Herbert Cemark
Joachim PRÖLSS
Erik Schamper
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Gkn Driveline Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • F16D2003/22313—Details of the inner part of the core or means for attachment of the core on the shaft

Definitions

  • the invention relates to a constant velocity universal joint in the form of a counter track joint, in particular for a multi-part drive shaft, which is used for torque transmission in the drive train of a motor vehicle.
  • the constant-velocity rotary joint comprises an outer joint part with outer ball tracks, an inner joint part with inner ball tracks, torque-transmitting balls which are guided in pairs of tracks each consisting of an outer and an inner ball track, and a ball cage with circumferentially distributed cage windows in which the balls are received.
  • First outer webs with first inner webs form first web pairs, the control angles of which open in a first axial direction.
  • second outer tracks with second inner tracks form second pairs of tracks, the control angles of which open in a second axial direction, which is opposite to the first direction.
  • the invention further relates to an undivided drive shaft, in particular for torque transmission in the drive train of a motor vehicle, with a shaft tube and two swivel joints connected to its ends.
  • the invention also relates to a multi-part drive shaft for torque transmission in the drive train of a motor vehicle, which comprises two shaft sections and a swivel joint connecting them.
  • a constant velocity joint for a multi-part drive shaft is known.
  • the joint is designed as a VL sliding joint with ball tracks that run at an angle to the axis of rotation and provides a structurally predetermined normal displacement path.
  • There are slings that are used at the end of normal become effective by sliding and prevent automatic disassembly during transport and assembly and limit the displacement of the shaft sections that occurs during operation. If the loads in the “crash case” go beyond this, the slings are destroyed while deforming, allowing the two shaft sections to be pushed into one another.
  • the slings are designed, for example, as a ring element or cover element.
  • DE 199 43 880 C1 shows a longitudinal drive shaft with two shaft sections and a constant-velocity rotary joint which connects them to one another and which is in the form of a
  • the joint cage is a predetermined breaking point
  • a counter track joint is known, the outer joint part of which forms an undercut-free stop and guide surface for a spherical outer surface of the cage on the inside in a first direction.
  • the cage forms an undercut-free stop and guide surface for a spherical outer surface of the inner joint part.
  • a counter track joint in which the ball cage is held with a spherical outer surface in the outer joint part, which forms a stop and guide surface.
  • the ball cage is axially displaceable within the outer joint part in an inner cylindrical displacement area.
  • a counter track joint is known, the outer joint part and inner joint part of which can be axially displaced relative to one another to a limited extent.
  • the displacement path is limited by striking the inner joint part on a spherical inner surface of the ball cage or by striking the ball cage on peripheral edges of the outer joint part.
  • the present invention has for its object to propose an improved constant velocity joint, in particular for torque transmission in a multi-part drive shaft, which can absorb high axial forces even when overloaded.
  • a further task is to propose a multi-part drive shaft which, in the event of an overload, ensures that one shaft section moves securely into one another in the other shaft section.
  • a first solution consists in a constant velocity joint in the form of a counter track joint, in particular for torque transmission in a multi-part drive shaft, comprising an outer joint part with outer ball tracks; an inner joint part with inner ball tracks; torque-transmitting balls, which are guided in pairs of one outer ball track and one inner ball track; a cage with cage windows in which the balls are received and held in a common plane; wherein the constant velocity universal joint can absorb first axial forces between the outer joint part and the inner joint part without damage; wherein stop means are connected to the outer joint part against which the inner joint part can strike when the first axial forces are exceeded and after the constant velocity joint is destroyed; wherein the stop means are designed such that they can absorb second axial forces that are greater than the first axial forces, whereby an axial displacement of the outer joint part relative to the inner joint part is limited.
  • the advantage of the constant velocity universal joint according to the invention is that it can absorb and transmit high axial forces even after an accident-related disassembly. This is particularly advantageous, for example, when using the joint in a multi-part longitudinal drive shaft, in which it is to be prevented that after the joint has been disassembled, a further displacement of the outer joint part relative to the inner joint part takes place in this area.
  • a multi-part longitudinal drive shaft usually comprises two shaft sections, each with a connecting joint at its ends, and an intermediate joint that connects the two shaft sections in an articulated manner. It may be desirable here that at least one of the connecting joints has only a limited axial displacement in the event of an accident. Exercise allowed, so that a controlled shortening of the drive shaft, for example by moving the two shaft sections into one another in the area of the intermediate joint disassembled after the accident or by fitting an appropriately designed shaft tube into one another.
  • the cage of the opposing track joint is preferably designed so that the joint can absorb the first axial forces up to 30 kN without damage.
  • the cage is only elastically deformed and returns to its original shape after the axial load.
  • the slinging means are preferably designed so that they can absorb and transmit axial forces of well over 80 kN.
  • the stop means are designed or arranged such that, after the constant velocity joint has been destroyed, they initially allow the outer joint part to be axially displaced relative to the inner joint part by up to 10 mm before the inner joint part strikes against the stop means, thereby stopping further relative movement
  • the stop means are designed in the form of a stop plate which is firmly connected to the outer joint part.
  • the stop plate is preferably cup-shaped and comprises a conical
  • the stop plate preferably comprises a flange part which adjoins the outside of the conical section and is firmly connected to the outer joint part. It is favorable for simple assembly if the stop plate is in an annular recess in the outer joint part
  • annular extension is formed on the outer joint part radially outside the flange part.
  • the connection between the stop plate and the outer joint part can be made, for example, by welding.
  • the cage of the counter track joint is preferably held axially positively relative to one of the two joint parts, namely the outer joint part or the inner joint part.
  • positively held it is meant that the cage is guided relative to the respective joint part taking normal manufacturing tolerances into account and cannot perform any noteworthy axial displacements.
  • a circumferential annular gap is preferably formed between the cage and the other of the two joint parts. The annular gap allows a certain displacement of the inner joint part relative to the outer joint part with elastic deformation of the cage.
  • the cage is in principle guided without an undercut relative to the other joint part, viewed in the axial direction.
  • the cage is supported against this other joint part by means of its cage window in both axial directions on the balls held in the outer ball tracks and the inner ball tracks.
  • a particular advantage of this embodiment is that the undercut-free contour of the respective component can be produced cheaply in terms of production technology.
  • the undercut-free guide surface can either be formed in the outer joint part if the cage is held in a form-fitting manner with respect to the inner joint part, or on an inner surface of the cage if it is opposite
  • the outer joint part is held in a form-fitting manner.
  • an axial stop surface is formed on the other of the two joint parts, against which the cage can run against a counter surface, so that an axial
  • the stop surface can be formed directly on the other of the joint parts or on a further component connected to it.
  • the advantage of the stop surface is that the counter track joint can absorb axial forces of more than 30 kN without losing its functionality.
  • the stop surface can be designed conical or partially spherical.
  • the above-mentioned configuration with stop surface comes into play, for example, when inserting a connecting pin into the inner joint part with a transition or press fit.
  • the axial forces occurring during assembly can be absorbed by the stop surface, so that plastic deformation of the joint components is prevented.
  • axial tensile or compressive forces can occur which have to be absorbed by the joints.
  • the stop surface After a defined axial displacement of the outer joint part relative to the inner joint part, the stop surface causes the axial forces to be transmitted from the inner joint part via the cage to the outer joint part.
  • the cage does not undergo plastic deformation, so that the joint remains fully functional.
  • the stop surface loses its holding function.
  • the stop surface and the cage are then plastically deformed so that the inner joint part and the outer joint part can be displaced further relative to one another.
  • the abovementioned stop means come into play, which can absorb substantially greater axial forces and thus prevent further axial displacement of the two joint parts relative to one another. In this way, the axial forces caused by the accident can be transmitted to the area of the drive shaft where the drive shaft can be shortened in a controlled manner.
  • the stop surface is preferably conical or partially spherical, an annular gap being formed between the stop surface and the counter surface of the cage in the axially load-free state. This enables the joint parts to be displaced relative to one another by approximately 2 mm. Axial forces of up to approximately 80 kN acting between the inner joint part and the outer joint part can be supported by the stop surface.
  • the stop surface can be arranged in such a way that it limits insertion of the inner joint part into the outer joint part when compressive forces occur, or so that they pull out of the inner joint part from the outer joint part when tensile forces occur.
  • a further solution to the above object is an undivided drive shaft for transmitting torques in the drive train of a motor vehicle, comprising a shaft tube and two at the ends of the shaft tube non-rotatably connected swivel joints, at least one of the two swivel joints being designed in the form of a counter track joint according to the invention according to one of the above-mentioned embodiments.
  • connecting parts are attached, for example a shaft journal or a shaft flange, with each of which a joint part, that is to say an inner joint part or outer joint part, of the swivel joint is firmly connected.
  • a multi-part drive shaft for transmitting torques in the drive train of a motor vehicle, comprising a first shaft section with a shaft tube and a first swivel joint at a first end; a second shaft portion having a second pivot at a second end opposite the first end; a third rotary joint that connects the two shaft sections in a rotationally fixed manner; wherein at least one of the parts, namely the first shaft section, the second shaft section or the third swivel joint, is designed as a predetermined breaking point and enables the drive shaft to be shortened as a result of introduced axial forces; wherein at least one of the rotary joints, namely the first or the second rotary joint, is designed in the form of a counter track joint according to the invention according to one of the above-mentioned embodiments.
  • the drive shaft according to the invention has the advantage that the included swivel joint according to the invention can absorb and transmit high axial forces even after an accident-related destruction. The axial forces can thus be transferred to areas where they can be safely absorbed.
  • the first shaft section is preferably arranged at the front in the longitudinal drive train of a motor vehicle and connected to a manual transmission, while the second shaft section is at the rear and is drive-connected to a rear axle differential.
  • the remaining swivel joints not according to the invention can have different configurations.
  • the rotary joint connecting the two shaft sections Steer can be designed as a constant velocity joint or as a universal joint, for example.
  • the swivel joint attached to the first or second end of the drive shaft can be designed, for example, in the form of a sliding joint, in particular a VL sliding joint, or as a disk joint, in particular as a Hardy disk.
  • the rotary joint to be connected to the rear axle differential is designed as a counter track joint according to the invention with stop means which, after the joint has been disassembled, limit the displacement path of the outer joint part relative to the inner joint part. In this way it is ensured in an accident that occurring axial forces are transmitted despite the destruction of the joint, so that a controlled shortening of the drive shaft can take place in another shaft part. This prevents the drive shaft from buckling.
  • the third rotary joint which connects the two shaft sections to one another, is designed as a counter track joint with a predetermined breaking point.
  • the inner joint part of the third swivel joint is connected to a pin of the second shaft section, and the outer joint part is at least indirectly connected to the shaft tube of the first shaft section.
  • the diameter ratios of the first and second shaft sections are designed so that they can move into one another after the third swivel joint has been destroyed as a result of an accident.
  • This telescoping takes place at the middle, third swivel joint, the second shaft section being immersed in the first shaft section.
  • the front, first swivel joint for connection to the manual transmission is preferably designed in the form of a VL joint.
  • the rear, second swivel joint is a counter track joint according to the invention.
  • the third swivel joint connecting the two shaft sections is designed as a universal joint.
  • the universal joint comprises a first joint fork, which is connected to the first shaft section, a second joint fork, which is connected to the second shaft section, and a journal cross connecting the two joint forks.
  • the shaft tube of one of the two shaft sections includes a slip section in which shortening can take place in the event of axial forces caused by an accident.
  • the front, first swivel joint for connection to the gearbox is preferably designed as a rubber disk joint, in particular a Hardy disk. 5
  • the rear, second swivel joint is a counter track joint according to the invention.
  • FIG. 1 shows a constant velocity joint according to the invention in a first embodiment a) in longitudinal section, which runs through a ball track in the upper half of the picture and through a cage web in the lower half of the picture;
  • Figure 2 shows a constant velocity joint according to the invention in a second embodiment i a) in longitudinal section, which runs in the upper half of the picture through a ball track and in the lower half through a cage web; b) the section through the cage web from FIG. 2a in an enlarged representation;
  • Figure 3 shows a constant velocity joint according to the invention in a third embodiment a) in longitudinal section, which runs through a ball track in the upper half of the picture and through a cage web in the lower half of the picture; b) the section through the cage web from FIG. 3a in an enlarged representation;
  • FIG. 4 shows a constant velocity universal joint according to the invention in a fourth embodiment a) in longitudinal section, which runs through a ball track in the upper half of the picture and through a cage web in the lower half of the picture; b) the section through the cage web from Figure 4a in an enlarged view; O
  • Figure 5 shows a constant velocity universal joint according to the invention in a fifth embodiment in longitudinal section, which runs through a ball track in the upper half of the picture and through a cage web in the lower half of the picture;
  • Figure 6 shows a constant velocity universal joint according to the invention in a sixth embodiment c) in longitudinal section, which runs through a ball track in the upper half of the picture and through a cage web in the lower half of the picture; d) the section through the cage web from FIG. 6a in an enlarged representation;
  • Figure 7 shows a multi-part drive shaft according to the invention with a constant velocity universal joint according to the invention in longitudinal section in a first embodiment
  • Figure 8 shows a multi-part drive shaft according to the invention with a constant velocity joint according to the invention in longitudinal section in a second embodiment
  • Figure 9 shows a multi-part drive shaft according to the invention with a constant velocity joint according to the invention in longitudinal section in a third embodiment;
  • Figures 1 to 6 are first described together in terms of their similarities. Corresponding components are provided with the same reference numerals, and modified components are provided with subscripts.
  • Each of the constant velocity joints 2 comprises an outer joint part 3, an inner joint part 4 with an insertion opening 5 for a pin, balls 6 and a ball cage 7 with cage windows 8, in which the balls 6 are held in a plane E.
  • the constant velocity joints 2 are designed as mating track joints, ie outer first ball tracks 9 in the outer joint part 3 and inner first ball tracks 10 in the inner joint part 4 run axially in opposite directions to outer second ball tracks in the outer joint part 3 and inner second ball tracks in the inner joint part 4; the second ball tracks are in a different section plane and are therefore not visible.
  • the first path pairs formed in this way have control angles that open in a first direction R1, while the second path pairs have control angles that open in a second direction R2.
  • the opposing path formation results from the fact that the centers of curvature of the center lines of the path, which run parallel to the basic lines of the path shown, in each of the joint parts 3, 4 are offset alternately over the circumference in the opposite axial direction relative to the center plane of the joint.
  • the center plane of the joint is defined by the center points of the balls 6 when the joint is stretched.
  • the number of torque-transmitting balls 6 and the cage window is ten, although another even number of balls and cage windows can of course also be used, for example six, eight or twelve.
  • the opposing track joint 2 is designed as a disk joint, which means that the outer joint part 3 is open in both directions R1, R2.
  • the mating track joint 2 is sealed to the outside by means of a sealing arrangement 12.
  • the sealing arrangement 12 comprises a sheet metal cap 13 which engages with a bevel 27 in a circumferential annular groove 14 of the outer joint part 3, and a diaphragm bellows 15 which sits sealingly on a sleeve-shaped extension 16 of the inner joint part 4.
  • the sheet metal cap 13 is sealed off from the outer joint part 3 by means of a sealing ring 17 which is seated in a further annular groove 28 of the outer joint part 3.
  • the membrane bellows 15 engages with an outer collar 18 in one inner circumferential recess 29 of the sheet metal cap 13 seals. Radially on the inside, the diaphragm bellows 15 is sealed with an inner collar 19 on the sleeve-shaped extension 16 by means of a locking ring 20.
  • 3 stop means 38 are attached to the outer joint part, which are designed so that they can absorb and transmit high axial forces of over 80 kN after disassembly of the joint.
  • the stop means 38 are designed in the form of a stop plate against which the inner joint part 4 can run in the direction of R2 in the event of axial overload.
  • An insertion of the inner joint part 4 into the outer joint part 3 is limited so that after the inner joint part strikes against the stop plate 38, axial forces are transmitted from the inner joint part to the outer joint part 3 or in the opposite direction. This is particularly advantageous when using the mating track joint 2 in single or multi-part drive shafts, in which an axial displacement after an accident to protect the vehicle occupants is to take place at a different location than the joint 2 provided with the stop plate 38.
  • the stop plate 38 is cup-shaped and comprises radially on the outside a flange part 39 which is seated in an axial recess 23 of the outer joint part 3, as well as an adjoining cone section 40 and a bottom 42 adjoining the inside of the cone section.
  • the recess 23 is designed as an axial recess, so that an annular extension is formed on the outer joint part 3.
  • the floor 42 serves as a stop surface for the inner joint part 4 after the joint 2 has been destroyed. Due to the closed cup-shaped shape, the stop plate 38 has a sealing function for the joint 2 and sufficient space is provided for angular movements of the joint 2.
  • the stop plate 38 is welded together with a flange part of a shaft tube 25 to the outer joint part 3, other types of fastening not being excluded.
  • a cover 24 is provided, which sits in the insertion opening 5 of the inner joint part 4 in a sealing manner.
  • the counter track joints 2 are explained below with regard to their special features. It can be seen in FIG. 1 that the cage 7 with a spherical outer surface 36 is held in a form-fitting manner in a spherical inner surface 34 of the outer joint part 3. This means that the cage 7 can only perform angular movements with respect to the outer joint part 3, but no axial movements. Furthermore, the cage 7 has a continuously cylindrical inner surface 32 with which it is guided radially on a spherical outer surface 33 of the inner joint part 4. The cage 7 is in principle axially displaceable with respect to the inner joint part 4, a displacement movement being limited by the balls 6 running in the first and second ball tracks 9, 10. With this configuration, the mating track joints become fixed joints.
  • a small annular gap is formed between the cylindrical inner surface 32 of the cage 7 and the spherical outer surface 33 of the inner joint part 4. This results in a certain relative axial displacement between the inner joint part and the outer joint part, the joint 2 being able to absorb small axial forces of up to approximately 30 kN without damage. If the axial forces exceed this order of magnitude, for example due to an accident, the cage 7 is plastically deformed in the area of the cage window and the joint 2 is destroyed. The inner joint part 4 is displaced axially relative to the outer joint part 3 until it abuts against the stop plate 38. A further axial displacement is stopped so that axial forces are transmitted between the inner joint part 4 and the outer joint part 3.
  • the opposed path joint 2 2 shown in Figure 2 corresponds in terms of its structure and operation to that of Figure 1 as far as possible.
  • the same components being provided with the same and modified components with two lower reference numbers.
  • the cage 7 2 is held with a spherical inner surface 322 on the spherical outer surface 33 of the inner joint part 4 form-fitting manner, so that it can only perform angular movements with respect to the latter.
  • the cage 7 2 is guided radially with a spherical outer surface 36 with respect to a cylindrical inner surface 34 2 of the outer joint part 3 2 .
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a counter track joint according to the invention. In terms of its structure and mode of operation, this largely corresponds to the counter track joint in FIG. 1. In this respect, reference is made to the above description, with modified components by the number three
  • a stop surface 35 is provided on the inner joint part 4, against which the cage 7 3 can start with an inner counter surface .
  • the inner surface 32 3 of the cage 7 3 o is designed to be undercut or cylindrical in the direction R1 and forms in the direction R2 an annular support surface 31 which tapers radially inwards and against which the inner joint part 4 can strike with its spherical stop surface 35. In the axially load-free state, an annular gap is formed between the inner joint part 4 and the inner surface 32 2 of the cage 7. This enables the outer joint part 3 and the
  • the cage 7 3 are introduced directly into the outer joint part 3. This allows axial forces of up to about 80 kN to be absorbed without the joint 2 3 being destroyed.
  • the joint 2 3 is still fully functional after the action of these axial forces, since the cage returns to its original shape. If even higher axial forces occur, the cage 7 3 is expanded with plastic deformation
  • the counter-track joint 2 4 largely corresponds to the counter-track joint from FIG. 3 with regard to its construction and its mode of operation.
  • the cage 7 4 with a spherical inner surface 32 4 on a spherical outer surface 33 of the inner joint part 4 held positively so that it can only perform angular movements relative to the latter.
  • the outer joint part 3 4 has an inner surface 34 4 , which is designed without an undercut in the direction R1, namely cylindrical, and has an annular stop surface 35 4 tapering radially inwards in the direction R2.
  • annular gap is formed between the inner surface 34 4 and the spherical outer surface 36 of the cage 7 4 . If between the outer joint part 3 4 and the inner joint part 4 directed axial forces are effective, such as can occur, for example, when inserting a shaft journal into the insertion opening 5 of the inner joint part 4 or in the event of a minor accident, the joint parts involved, in particular the cage 7 4 , deform , so far elastic until it comes to rest with its spherical outer surface 36 against the stop surface 35 4 of the outer joint part 3 4 . In this way, a further displacement of the inner joint part 4 relative to the outer joint part 3 is limited and plastic deformation of the components involved, in particular the cage 7 4 , is prevented.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a counter track joint 2s according to the invention, which largely corresponds to that from FIG. 4 with regard to its construction and its mode of operation.
  • the outer joint part 3 5 is designed so that the joint 2 5 can absorb axial tensile forces to a limited extent.
  • the inner surface 34 5 of the outer joint part 3 5 in the direction R1 forms a radially inwardly tapering annular stop surface 35 5 , while the inner surface 34 5 in the direction R2 is undercut-free, namely cylindrical.
  • the stop surface 34 5 can thus absorb tensile forces which can occur, for example, in the longitudinal drive shaft when traveling over rough roads or in the event of minor accidents, with the engine installed at the front swinging forwards relative to the rear axle differential.
  • the stop plate 38 can absorb large axial compressive forces between the outer joint part 3 and the inner joint part 4. If, for example, high axial compressive forces occur in a frontal crash, the joint 2 5 is destroyed and the inner joint part 4 strikes against the bottom 42 of the stop plate 38.
  • the counter-track joint 2 6 according to the invention shown in FIG. 6 corresponds in terms of its structure and mode of operation to that of FIGS. 4 and 5 as far as possible.
  • Figure 7 shows a multi-part drive shaft 43 with an intermediate bearing 44 for the drive train of a motor vehicle for transmitting torques from the gearbox to the axle differential, in the extended position to the longitudinal axis X.
  • the longitudinal drive shaft 43 comprises a first shaft section 45 and a second shaft section 46, which by means of of a swivel joint.
  • the Drehgelenkist in the form of a counter track joint 2 7 designed, corresponding to the above-mentioned counter track joints in large parts, reference is made to the description of which.
  • the outer joint part 3 7 is provided with a shaft tube 47 of the first shaft portion 45 firmly connected and the inner joint part 47 is fixedly connected to a pin 48 of the second shaft section 46.
  • the joint space is sealed by means of a cover 22 on the one hand and by means of a sealing arrangement 37 on the other hand.
  • the intermediate bearing 44 is arranged with damping body 49, in which the drive shaft 43 is connected to the vehicle body.
  • the longitudinal drive shaft 43 is rotatably supported by means of a roller bearing 50, which is mounted on a bearing section 52 of the second shaft section 46 in the intermediate bearing 44.
  • the maximum outer diameter D is the second shaft portion 46 is smaller than the inner diameter d of the shaft tube 47 so that entering a shortening of the drive shaft 43 by inserting the second shaft portion 46, guided by the in the outer joint part 3 7 in an accident after a decomposing the counter track joint 2 Pin 48, telescopic and almost force-free in the shaft tube 47 of the first shaft section 45 can take place.
  • the first shaft section 45 of the drive shaft 43 has at its free end a pin 53 which is fastened with a further swivel joint 54 and is sealed off from it by means of a sealing arrangement 51.
  • the swivel joint 54 is designed in the form of a VL constant velocity swivel joint, which allows axial displacements to a limited extent.
  • the VL joint comprises an outer joint part 55 with outer ball tracks 56, an inner joint part 57 with inner ball tracks 58, a plurality of torque-transmitting balls 59, which are guided in pairs of tracks each consisting of an outer and an inner ball track, and a ball cage 60 with circumferentially distributed ones Cage windows in which the balls are housed.
  • the outer joint part 55 of the joint has an inner cylindrical guide surface in which the cage 60 is guided with its spherical outer surface.
  • the inner joint part 57 has two oppositely directed conical stop surfaces against which the cage 60 can run with its spherical inner surface.
  • a gap is formed between the outer surface of the inner joint part 57 and the inner surface of the cage 60, so that a certain axial displacement between the outer joint part 55 and the inner joint part 57 is made possible.
  • This displacement path can be up to 8 mm.
  • the outer joint part 55 has a plurality of through bores 62 distributed over the circumference for connection to a flange of a shifting gear, not shown. bes of the motor vehicle.
  • the second shaft section 45 of the drive shaft 43 comprises a shaft tube 63 with a connecting part 25, which is fixedly connected at its free end to the outer joint part 3 of a further swivel joint 2.
  • the swivel joint 2 is designed in the form of a counter-rail joint according to FIG. 1, to the description of which reference is made in this respect.
  • the operation of the multi-part drive shaft according to the invention is as follows. If high axial forces occur between the manual transmission and the rear axle differential of the motor vehicle, for example due to a frontal accident, the central constant velocity joint 2 ⁇ and the rear constant velocity pivot joint 2 are destroyed with plastic deformation, so that the respective inner joint part is axially displaced relative to the associated outer joint part.
  • the displacement path between the joint parts 3, 4 of the rear joint 2 is limited by running the inner joint part 4 against the stop plate 38, so that the axial forces are then introduced from the inner joint part 4 to the outer joint part 3.
  • the forces are introduced via the shaft tube 47 and the pin 48 into the inner joint part 4 7 of the central joint 2 7 , so that the two shaft sections 45, 46 move into one another in this area. In this way, the drive shaft 43 is effectively prevented from buckling at another, undesired point, which could endanger the vehicle occupants.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a multi-part drive shaft 43a according to the invention. In terms of its structure and mode of operation, this largely corresponds to that of FIG. 7, the description of which is referred to in this respect.
  • the same components are provided with the same and modified components with reference numbers with eight subscripts.
  • the present drive shaft 43 ⁇ is characterized in that all three joints can absorb first axial forces of up to 80 kN without damage.
  • the rear joint 2z corresponds to the joint shown in FIG. 3, the description of which is referred to in this respect;
  • the middle joint 2 8 is designed similarly, however, does not include a stop plate like the rear hinge.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a multi-part drive shaft 43g according to the invention. In terms of its structure and mode of operation, this largely corresponds to that of FIG. 7, the description of which is referred to in this respect.
  • the same components are provided with the same and modified components with reference numbers with indices that are nine lower.
  • a special feature of the present drive shaft 43 g is that the rotary joint connecting the first shaft section 45 g to the second shaft section 46 g is designed in the form of a universal joint 64.
  • the universal joint 64 comprises a first joint fork 65 which is connected non-rotatably to the shaft tube 47g of the first shaft section 45 9 , a second joint fork 66 which is fixedly connected to the shaft tube 63 9 of the second shaft section 46g, and a journal cross 68 which is seated in bearing bushes 67 of the two joint forks 65, 66
  • the first joint fork 65 is connected by means of screwing 72 to a pin 69 which engages in a sleeve attachment 70 of the shaft tube 47g in a rotationally fixed manner.
  • the pin 69 and the sleeve extension 70 form a longitudinal sliding toothing 73, which enables a limited axial sliding path of up to 25 mm.
  • the sliding toothing 73 is axially covered by a tubular sealing sleeve 74 which is attached at one end to the pin 69 and which has a white end at its opposite end.
  • Lendichring 75 carries, which bears sealingly on an outer surface of the sleeve extension 70. The sealing collar thus prevents dirt from getting into the sliding toothing 73.
  • the first shaft section 45g is rotatably received axially between the universal joint 64 and the sliding toothing 73 in the intermediate bearing 44, which comprises a roller bearing 52 held in the damping body 49.
  • the first corrugated tube 47g is designed as an inverted tube, which can be pushed into one another in the event of high axial forces resulting from an accident and is therefore shortened.
  • the inverted tube has an appropriately designed tube wall with two tube sections 76, D 77 with smaller outside diameters and an axially intermediate tube section 78 with a larger outside diameter. Under appropriate axial loading, one of the tube sections 76, 77 of smaller diameter is inserted into the tube section 78 of larger diameter, so that the shaft tube 47 g is shortened overall. This prevents the drive shaft from buckling.
  • the rotary joint arranged at the outer end of the first shaft section 45g and to be connected to the manual transmission is designed in the form of a disk joint 54 9 , namely a so-called Hardy disk.
  • the Hardy disk 54 9 comprises an elastic receiving body 79, with
  • D made of rubber, for example, with circumferentially distributed steel bushings 80 vulcanized therein.
  • a number of the steel bushings 80 are clamped by means of screws 82 to a flange 83 which is firmly connected to the shaft tube 47g.
  • Another part of the steel bushings 80 is connected by means of screws to a connecting flange, not shown, of the gearbox.
  • the Hardy disc 54 g is like small win
  • the flange 83 has a sleeve 84 in which an elastic body 85 is seated. A pin of the connecting flange, not shown, is inserted into this sleeve 84.
  • the operation of the present multi-part drive shaft is as follows. If high axial forces occur between the manual transmission and the rear axle differential of the motor vehicle, for example due to a frontal accident first pin 69 and sleeve extension 70 axially displaced relative to each other until the latter runs against an axial stop after about 25 mm of travel. Furthermore, the rear swivel 2 3 is destroyed due to the axial forces. The displacement path between the joint parts 3 3 , 4 of the rear joint 2 3 is limited by the inner joint part 4 running against the stop plate 38, so that the axial forces are then introduced from the inner joint part 4 onto the outer joint part 3 3 .
  • the axial forces are introduced via the second shaft tube 63 9 via the universal joint 64 into the first shaft tube 47 9 designed as an inverted tube.
  • the axial forces cause the tube wall of the inverted tube to be put into one another.
  • a controlled axial shortening of the drive shaft 43g can take place in this area.

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Abstract

Gleichlaufdrehgelenk (2) in Form eines Gegenbahngelenks, insbesondere zur Drehmomentübertragung in einer mehrteiligen Antriebswelle, umfassend ein Gelenkaußenteil (3) mit äußeren Kugelbahnen (9); ein Gelenkinnenteil (4) mit inneren Kugelbahnen (10); drehmomentübertragende Kugeln (6), die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren Kugelbahn (9) und einer inneren Kugelbahn (10) geführt sind; einen Käfig (7) mit Käfigfenstern (8), in denen die Kugeln (6) aufgenommen sind und in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden; wobei das Gleichlaufdrehgelenk (2) erste Axialkräfte zwischen dem Gelenkaußenteil (3) und dem Gelenkinnenteil (4) schadensfrei aufnehmen kann; wobei Anschlagmittel (38) mit dem Gelenkaußenteil (3) verbunden sind, gegen die das Gelenkinnenteil (4) bei Überschreiten der ersten Axialkräfte und nach Zerstören des Gleichlaufdrehgelenks anschlagen kann; wobei die Anschlagmittel (38) derart gestaltet sind, daß sie zweite Axialkräfte aufnehmen können, die größer sind als die ersten Axialkräfte, wodurch eine axiale Verschiebung des Gelenkaußenteils (3) relativ zum Gelenkinnenteil (4) begrenzt wird.

Description

Gleichlaufdrehgelenk mit Anschlagmitteln für eine mehrteilige Antriebswelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks, insbesondere für eine mehrteilige Antriebswelle, die zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dient. Das Gleichlaufdrehgelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen, ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen, drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren und einer inneren Kugelbahn geführt sind, sowie einen Kugelkäfig mit umfangsver- teilten Käfigfenstern, in denen die Kugeln aufgenommen sind. Dabei bilden erste Außenbahnen mit ersten Innenbahnen erste Bahnpaare, deren Steuerwinkel sich in einer ersten axialen Richtung öffnen. Weiterhin bilden zweite Außenbahnen mit zweiten Innenbahnen zweite Bahnpaare, deren Steuerwinkel sich in einer zweiten axialen Richtung öffnen, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist. Die Kugeln werden mittels des Käfigs in einer gemeinsamen Mittenebene gehalten und bei Gelenkbeugung auf die Winkelhalbierende Ebene geführt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine ungeteilte Antriebswelle, insbesondere zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wellenrohr und zwei an dessen Enden angeschlossenen Drehgelenken. Die Erfindung betrifft insbesondere auch eine mehrteilige Antriebswelle zur Drehmomentübertragung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die zwei Wellenabschnitte und ein diese miteinander verbindendes Drehgelenk umfaßt.
Aus der DE 196 52 100 C1 ist ein Gleichlaufgelenk für eine mehrteilige Antriebswelle bekannt. Das Gelenk ist als VL-Verschiebegelenk mit zur Drehachse winklig verlaufenden Kugelbahnen gestaltet und stellt einen konstruktiv vorgegebenen Normalverschiebeweg bereit. Es sind Anschlagmittel vorgesehen, die am Ende des Normalver- schiebewegs wirksam werden und während des Transports und der Montage eine selbsttätige Demontage verhindern und die im Fahrbetrieb auftretende Verlagerungen der Wellenabschnitte begrenzen. Bei darüber hinausgehenden Belastungen im "Crash-Fall" erfolgt eine Zerstörung der Anschlagmittel unter Verformung, wobei ein 5 weiteres Einschieben der beiden Wellenabschnitte ineinander ermöglicht wird. Die Anschlagmittel sind beispielsweise als Ringelement oder Deckelelement gestaltet.
Die DE 199 43 880 C1 zeigt eine Längsantriebswelle mit zwei Wellenabschnitten und einem diese miteinander verbindenden Gleichlaufdrehgelenk, das in Form eines Ge-
0 genbahngelenks gestaltet ist. Die Durchmesserverhältnisse der Bauteile sind derart gewählt, daß - nach Zerstörung des Gleichlaufgelenks im "Crash-Fall" - ein teleskopartiges und im wesentlichen kraftloses Ineinanderfahren der beiden Wellenabschnitte ermöglicht wird, wenn der in axiale Richtung maximal zulässige Verschiebeweg des Gleichlaufgelenks überschritten wird. Der Gelenkkäfig ist als Sollbruchstelle
5 ausgelegt, so daß er nur definierte Axialkräfte zerstörungsfrei aufnehmen kann. Werden diese überschritten, kommt es zu einer Zerstörung des Gleichlaufgelenks.
Aus der DE 100 60 118 C1 ist ein Gegenbahngelenk bekannt, dessen Gelenkaußenteil innen in einer ersten Richtung eine hinterschnittfreie Anschlag- und Führungsflä- o che für eine sphärische Außenfläche des Käfigs bildet. In einer entgegengesetzten zweiten Richtung bildet der Käfig eine hinterschnittfreie Anschlag- und Führungsfläche für eine sphärische Außenfläche des Gelenkinnenteils.
Aus der DE 100 60 119 A1 ist ein Gegenbahngelenk bekannt, bei dem der Kugelkä- 5 fig mit einer sphärischen Außenfläche im Gelenkaußenteil gehalten ist, das eine Anschlag- und Führungsfläche bildet. Dabei ist der Kugelkäfig innerhalb des Gelenkaußenteils in einem innenzylindrischen Verschiebebereich axial verschiebbar.
Aus der DE 100 60 120 A1 ist ein Gegenbahngelenk bekannt, dessen Gelenkaußen- D teil und Gelenkinnenteil relativ zueinander begrenzt axial verschiebbar sind. Dabei wird der Verschiebeweg durch ein Anschlagen des Gelenkinnenteils an einer sphärischen Innenfläche des Kugelkäfigs begrenzt bzw. durch Anschlagen des Kugelkäfigs an Umfangskanten des Gelenkaußenteils. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gleichlaufgelenk, insbesondere zur Drehmomentübertragung in einer mehrteiligen Antriebswelle, vorzuschlagen, das auch bei Überlast hohe Axialkräfte aufnehmen kann. Eine weitergehende Aufgabe besteht darin, eine mehrteilige Antriebswelle vorzuschlagen, die bei Überlast ein sicheres Ineinanderfahren des einen Wellenabschnitts in den anderen Wellenabschnitt gewährleistet.
Eine erste Lösung besteht in einem Gleichlaufdrehgelenk in Form eines Gegenbahn- gelenks, insbesondere zur Drehmomentübertragung in einer mehrteiligen Antriebswelle, umfassend ein Gelenkaußenteil mit äußeren Kugelbahnen; ein Gelenkinnenteil mit inneren Kugelbahnen; drehmomentübertragende Kugeln, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren Kugelbahn und einer inneren Kugelbahn geführt sind; einen Käfig mit Käfigfenstern, in denen die Kugeln aufgenommen sind und in einer ge- meinsamen Ebene gehalten werden; wobei das Gleichlaufdrehgelenk erste Axialkräfte zwischen dem Gelenkaußenteil und dem Gelenkinnenteil schadensfrei aufnehmen kann; wobei Anschlagmittel mit dem Gelenkaußenteil verbunden sind, gegen die das Gelenkinnenteil bei Überschreiten der ersten Axialkräfte und nach Zerstören des Gleichlaufdrehgelenks anschlagen kann; wobei die Anschlagmittel derart gestaltet sind, daß sie zweite Axialkräfte aufnehmen können, die größer sind als die ersten Axialkräfte, wodurch eine axiale Verschiebung des Gelenkaußenteils relativ zum Gelenkinnenteil begrenzt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenks besteht darin, daß es auch nach einem unfallbedingten Zerlegen hohe Axialkräfte aufnehmen und übertragen kann. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung des Gelenks in einer mehrteiligen Längsantriebswelle besonders günstig, bei der verhindert werden soll, daß nach dem Zerlegen des Gelenks in diesem Bereich eine weitere Verschiebung des Gelenkaußenteils relativ zum Gelenkinnenteil stattfindet. Eine solche mehrteilige Längsantriebswelle umfaßt üblicherweise zwei Wellenabschnitte mit jeweils einem Anschlußgelenk an ihren Enden sowie ein die beiden Wellenabschnitt gelenkig miteinander verbindendes Zwischengelenk. Hier kann es gewünscht sein, daß zumindest eines der Anschlußgelenke bei einem Unfall nur eine begrenzte Axialverschie- bung erlaubt, damit eine kontrolliertes Verkürzen der Antriebswelle, beispielsweise durch Ineinanderfahren der beiden Wellenabschnitte im Bereich des nach dem Unfall zerlegten Zwischengelenks oder durch Ineinanderstülpen eines entsprechend gestalteten Wellenrohrs, erfolgt.
5
Der Käfig des Gegenbahngelenks ist vorzugsweise so gestaltet, daß das Gelenk erste Axialkräfte bis zu 30 kN schadensfrei aufnehmen kann. Dabei wird der Käfig lediglich elastisch verformt und nimmt nach der axialen Belastung wieder seine Ausgangsform ein. Die Anschlagmittel sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie Axial- o kräfte von deutlich über 80 kN aufnehmen und übertragen können. Weiterhin sind die Anschlagmittel so gestaltet bzw. angeordnet, daß sie nach dem Zerstören des Gleichlaufdrehgelenks zunächst ein axiales Verschieben des Gelenkaußenteils relativ zum Gelenkinnenteil von bis zu 10 mm erlauben, bevor das Gelenkinnenteil gegen die Anschlagmittel anschlägt, wodurch eine weitere Relativbewegung gestoppt
5 wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Anschlagmittel in Form einer Anschlagplatte gestaltet, die mit dem Gelenkaußenteil fest verbunden ist. Die Anschlagplatte ist vorzugsweise napfförmig gestaltet und umfaßt einen konischen Ab-
0 schnitt und einen innen an diesen anschließenden Boden, gegen den das Gelenkinnenteil nach Zerstören des Gelenks anschlagen kann. Die Anschlagplatte umfaßt vorzugsweise ein Flanschteil, das außen an den konischen Abschnitt anschließt und mit dem Gelenkaußenteil fest verbunden ist. Es ist für eine einfache Montage günstig, wenn die Anschlagplatte in eine ringförmige Ausnehmung des Gelenkaußenteils
5 eingesetzt ist. Dabei ist radial außerhalb des Flanschteils ein ringförmiger Ansatz am Gelenkaußenteil gebildet. Die Verbindung zwischen Anschlagplatte und Gelenkaußenteil kann beispielsweise mittels Schweißen erfolgen.
Der Käfig des Gegenbahngelenks ist vorzugsweise gegenüber einem der beiden Ge- Q lenkteile, nämlich Gelenkaußenteil oder Gelenkinnenteil axial formschlüssig gehalten. Mit "formschlüssig gehalten" ist gemeint, daß der Käfig gegenüber dem jeweiligen Gelenkteil unter Berücksichtigung üblicher Fertigungstoleranzen geführt ist und gegenüber diesem keine nennenswerten Axialverschiebungen durchführen kann. Zwischen dem Käfig und dem anderen der beiden Gelenkteile ist vorzugsweise ein umlaufender Ringspalt gebildet. Der Ringspalt ermöglicht eine gewisse Verschiebung des Gelenkinnenteils relativ zum Gelenkaußenteil unter elastischer Verformung des Käfigs.
Nach einer ersten Ausführungsform ist der Käfig gegenüber dem anderen Gelenkteil in axialer Richtung betrachtet prinzipiell hinterschnittfrei geführt. Dabei stützt sich der Käfig gegenüber diesem anderen Gelenkteil mittels seiner Käfigfenster in beide axiale Richtungen an den in den äußeren Kugelbahnen und den inneren Kugelbahnen gehaltenen Kugeln ab. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß sich die hinterschnittfreie Kontur des jeweiligen Bauteils fertigungstechnisch günstig herstellen läßt. Die hinterschnittfreie Führungsfläche kann entweder im Gelenkaußenteil gebildet sein, wenn der Käfig gegenüber dem Gelenkinnenteil formschlüssig gehalten ist, oder an einer Innenfläche des Käfigs, wenn dieser gegenüber
5 dem Gelenkaußenteil formschlüssig gehalten ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform kann es für bestimmte Anwendungen günstig sein, wenn an dem anderen der beiden Gelenkteile eine axiale Anschlagfläche gebildet ist, gegen die der Käfig mit einer Gegenfläche anlaufen kann, so daß eine axiale
} Verschiebung der beiden Gelenkteile zueinander begrenzt wird. Dabei kann die Anschlagfläche unmittelbar an dem anderen der Gelenkteile gebildet sein oder an einem hiermit verbundenen weiteren Bauteil. Der Vorteil der Anschlagfläche besteht darin, daß das Gegenbahngelenk Axialkräfte von mehr als 30 kN aufnehmen kann, ohne seine Funktionsfähigkeit zu verlieren. Dabei verformt sich der Käfig innerhalb
5 des Verschiebewegs bis zum Erreichen der Anschlagfläche lediglich im elastischen Bereich. Nach dem Einwirken der Axialkräfte nimmt der Käfig wieder seine ursprüngliche Gestalt an, so daß das Gegenbahngelenk weiterhin uneingeschränkt funktionsfähig ist. Die Anschlagfläche kann konisch oder teilsphärisch gestaltet sein.
) Die genannte Ausgestaltung mit Anschlagfläche kommt beispielsweise beim Einstekken eines Anschlußzapfens in das Gelenkinnenteil unter Übergangs- oder Preßpassung zum Tragen. Die bei der Montage auftretenden Axialkräfte können von der Anschlagfläche aufgenommen werden, so daß eine plastische Verformung der Gelenk- bauteile verhindert wird. Dasselbe gilt beim Einsatz des Gelenks in einer Längsantriebswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Hier kann es bei Fahrten über Schlechtwegstrecken oder bei kleineren Unfällen, das heißt bei Unfällen, die mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit verursacht werden, zu axialen Zug- oder Druckkräften kommen, die von den Gelenken aufgenommen werden müssen. Dabei bewirkt die Anschlagfläche - nach einer definierten axialen Verschiebung des Gelenkaußenteils relativ zum Gelenkinnenteil - eine Kraftübertragung der Axialkräfte vom Gelenkinnenteil über den Käfig auf das Gelenkaußenteil. Der Käfig erfährt keine plastische Verformung, so daß das Gelenk voll funktionsfähig bleibt.
Werden die Axialkräfte allerdings überschritten, beispielsweise im "Crash-Fall", verliert die Anschlagfläche ihre Haltefunktion. Die Anschlagfläche und der Käfig werden dann plastisch verformt, so daß das Gelenkinnenteil und das Gelenkaußenteil weiter relativ zueinander verschoben werden können. Nach dem Zerstören des Gelenks kommen dann die obengenannten Anschlagmittel zum Tragen, die wesentlich größere Axialkräfte aufnehmen können und so eine weitere axiale Verschiebung der beiden Gelenkteile zueinander verhindern. So können die unfallbedingten Axialkräfte in den Bereich der Antriebswelle weitergeleitet werden, an dem ein kontrolliertes Verkürzen der Antriebswelle erfolgen kann.
Die Anschlagfläche ist vorzugsweise konisch oder teilsphärisch gestaltet, wobei im axial lastfreien Zustand ein Ringspalt zwischen der Anschlagfläche und der Gegenfläche des Käfigs gebildet ist. So wird eine Verschiebung der Gelenkteile zueinander von etwa 2 mm ermöglicht. Durch die Anschlagfläche können zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil wirkende Axialkräften von bis zu etwa 80 kN abgestützt werden. Die Anschlagfläche kann so angeordnet sein, daß sie bei auftretenden Druckkräften ein Einschieben des Gelenkinnenteils in das Gelenkaußenteil begrenzt, bzw. so, daß sie bei auftretenden Zugkräften ein Ausziehen des Gelenkinnenteils aus dem Gelenkaußenteil.
Eine weitergehende Lösung der obengenannten Aufgabe besteht in einer ungeteilten Antriebswelle zum Übertragen von Drehmomenten im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Wellenrohr sowie zwei an den Enden des Wellenrohrs drehfest angeschlossene Drehgelenke, wobei zumindest eines der beiden Drehgelenke in Form eines erfindungsgemäßen Gegenbahngelenks nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet ist. An den Enden des Wellenrohrs sind Anschlußteile angebracht, beispielsweise ein Wellenzapfen bzw. ein Wellenflansch, mit denen jeweils ein Gelenkteil, das heißt Gelenkinnenteil bzw. Gelenkaußenteil, des Drehgelenks fest verbunden wird. Der Vorteil der erfindungsgemäßen ungeteilten Antriebswelle besteht darin, daß diese auch nach einem unfallbedingten Zerlegen des erfindungsgemäßen Gegenbahngelenks hohe Axialkräfte aufnehmen und übertragen kann.
Eine andere Lösung der obengenannten Aufgabe besteht in einer mehrteiligen Antriebswelle zum Übertragen von Drehmomenten im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Wellenabschnitt mit einem Wellenrohr und einem ersten Drehgelenk an einem ersten Ende; einen zweiten Wellenabschnitt mit einem zweiten Drehgelenk an einem dem ersten Ende entgegengesetzt gerichteten zweiten Ende; ein die beiden Wellenabschnitte drehfest miteinander verbindendes drittes Drehgelenk; wobei zumindest eines der Teile, nämlich der erste Wellenabschnitt, der zweite Wellenabschnitt bzw. das dritte Drehgelenk, als Sollbruchstelle gestaltet ist und ein Verkürzen der Antriebswelle infolge eingeleiteter Axialkräfte ermöglicht; wobei zumindest eines der Drehgelenke, nämlich das erste oder das zweite Drehgelenk, in Form eines erfindungsgemäßen Gegenbahngelenks nach einer der obengenannten Ausführungsformen gestaltet ist.
Die erfindungsgemäße Antriebswelle hat den Vorteil, daß das beinhaltete erfindungsgemäße Drehgelenk hohe Axialkräfte auch nach einem unfallbedingten Zerstören aufnehmen und übertragen kann. Die Axialkräfte können so in Bereiche weitergeleitet werden, wo sie gefahrlos aufgenommen werden können. Der erste Wellenabschnitt ist im Längsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzugsweise vorne angeordnet und mit einem Schaltgetriebe verbunden, während der zweite Wellenabschnitt hinten liegt und mit einem Hinterachsdifferential antriebsverbunden ist. Die übrigen, nicht-erfindungsgemäßen Drehgelenke können unterschiedliche Ausgestaltungen haben. So kann das die beiden Wellenabschnitte miteinander verbindende Drehge- lenk beispielsweise als Gleich laufdrehgelenk oder als Kreuzgelenk gestaltet sein. Das am ersten bzw. zweiten Ende der Antriebswelle angebrachte Drehgelenk kann beispielsweise in Form eines Verschiebegelenks, insbesondere eines VL- Verschiebegelenks, oder als Scheibengelenk, insbesondere als Hardyscheibe, ge- staltet sein.
Es ist besonders günstig, wenn das mit dem Hinterachsdifferential zu verbindende Drehgelenk als erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk mit Anschlagmitteln gestaltet ist, die - nach einem Zerlegen des Gelenks - den Verschiebeweg des Gelenkaußen- teils relativ zum Gelenkinnenteil begrenzen. Auf diese Weise wird bei einem Unfall gewährleistet, daß auftretende Axialkräfte trotz Zerstören des Gelenks übertragen werden, so daß ein kontrolliertes Verkürzen der Antriebswelle in einem anderen Wellenteil erfolgen kann. Ein ungewünschtes Ausknicken der Antriebswelle wird somit verhindert.
Nach einer ersten Ausführungsform der Antriebswelle ist das die beiden Wellenabschnitte miteinander verbindende dritte Drehgelenk als Gegenbahngelenk mit Sollbruchstelle gestaltet. Dabei ist das Gelenkinnenteil des dritten Drehgelenks mit einem Zapfen des zweiten Wellenabschnitts verbunden, und das Gelenkaußenteil ist zumindest mittelbar mit dem Wellenrohr des ersten Wellenabschnitts verbunden. Die Durchmesserverhältnisse des ersten und zweiten Wellenabschnitts sind so gestaltet, daß diese nach unfallbedingtem Zerstören des dritten Drehgelenks ineinanderfahren können. Dieses Teleskopieren erfolgt am mittleren, dritten Drehgelenk, wobei der zweite Wellenabschnitt in den ersten Wellenabschnitt eintaucht. In dieser ersten Aus- führungsform ist das vordere, erste Drehgelenk zum Anschließen an das Schaltgetriebe vorzugsweise in Form eines VL-Gelenks gestaltet. Das hintere, zweite Drehgelenk ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Antriebswelle ist das die beiden Wellenab- schnitte miteinander verbindende dritte Drehgelenk als Kreuzgelenk gestaltet. Das Kreuzgelenk umfaßt eine erste Gelenkgabel, die mit dem ersten Wellenabschnitt verbunden ist, eine zweite Gelenkgabel, die mit dem zweiten Wellenabschnitt verbunden ist, und ein die beiden Gelenkgabeln verbindendes Zapfenkreuz. In dieser Ausführungsform beinhaltet das Wellenrohr eines der beiden Wellenabschnitte einen Stülpabschnitt, in dem ein Verkürzen bei unfallbedingten Axialkräften stattfinden kann. Das vordere, erste Drehgelenk zum Anschließen an das Schaltgetriebe ist vorzugsweise als Gummi-Scheibengelenk, insbesondere einer Hardyscheibe gestaltet. 5 Das hintere, zweite Drehgelenk ist ein erfindungsgemäßes Gegenbahngelenk.
Es ist besonders günstig, wenn alle drei Drehgelenke so ausgelegt sind, daß sie gewisse erste Axialkräfte, die beispielsweise bei der Montage oder Fahrten über Schlechtwegstrecken auftreten, schadensfrei aufnehmen können. Bei Verwendung D von Gegenbahngelenken ist es hierfür günstig, wenn diese entsprechende Anschlagflächen aufweisen, wie sie oben beschrieben wurden.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigt
5
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer ersten Ausführungsform a) im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg;
) b) den Schnitt durch den Käfigsteg aus Figur 1a in vergrößerter Darstellung;
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer zweiten Ausführungsform i a) im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg; b) den Schnitt durch den Käfigsteg aus Figur 2a in vergrößerter Darstellung;
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer dritten Ausführungsform a) im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg; b) den Schnitt durch den Käfigsteg aus Figur 3a in vergrößerter Darstellung;
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer vierten Ausfüh- 5 rungsform a) im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg; b) den Schnitt durch den Käfigsteg aus Figur 4a in vergrößerter Darstellung; o
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer fünften Ausführungsform im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg;
5 Figur 6 ein erfindungsgemäßes Gleichlaufdrehgelenk in einer sechsten Ausführungsform c) im Längsschnitt, der in der oberen Bildhälfte durch eine Kugelbahn verläuft und in der unteren Bildhälfte durch einen Käfigsteg; d) den Schnitt durch den Käfigsteg aus Figur 6a in vergrößerter Darstel- D lung;
Figur 7 eine erfindungsgemäße mehrteilige Antriebswelle mit einem erfindungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenk im Längsschnitt in einer ersten Ausführungsform;
Figur 8 eine erfindungsgemäße mehrteilige Antriebswelle mit einem erfindungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenk im Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsform;
) Figur 9 eine erfindungsgemäße mehrteilige Antriebswelle mit einem erfindungsgemäßen Gleichlaufdrehgelenk im Längsschnitt in einer dritten Ausführungsform; Die Figuren 1 bis 6 werden hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben. Dabei sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern, und abgewandelte Bauteile mit tiefergestellten Indizes versehen.
Jedes der Gleichlaufdrehgelenke 2 umfaßt ein Gelenkaußenteil 3, ein Gelenkinnenteil 4 mit Einstecköffnung 5 für einen Zapfen, Kugeln 6 und einen Kugelkäfig 7 mit Käfigfenstern 8, in denen die Kugeln 6 in einer Ebene E gehalten sind. Die Gleichlaufdrehgelenke 2 sind als Gegenbahngelenke ausgeführt, das heißt äußere erste Kugelbahnen 9 im Gelenkaußenteil 3 und innere erste Kugelbahnen 10 im Gelenkinnenteil 4 verlaufen axial gegensinnig zu äußeren zweiten Kugelbahnen im Gelenkaußenteil 3 und inneren zweiten Kugelbahnen im Gelenkinnenteil 4; dabei liegen die zweiten Kugelbahnen in einer anderen Schnittebene und sind daher nicht sichtbar. Die so gebildeten ersten Bahnpaare haben Steuerwinkel, die sich in einer ersten Richtung R1 öffnen, während die zweiten Bahnpaare Steuerwinkel haben, die sich in einer zweiten Richtung R2 öffnen. Die Gegenbahnformation entsteht dadurch, daß die Krümmungsmittelpunkte der Bahnmittellinien, die parallel zu den dargestellten Bahngrundlinien verlaufen, in jedem der Gelenkteile 3, 4 über dem Umfang abwechselnd in entgegengesetzte axiale Richtung gegenüber der Gelenkmittelebene versetzt sind. Dabei wird die Gelenkmittelebene durch die Mittelpunkte der Kugeln 6 bei gestrecktem Gelenk definiert. Die Anzahl der drehmomentübertragenden Kugeln 6 und der Käfigfenster beträgt zehn, wobei selbstverständlich auch eine andere gerade Anzahl von Kugeln und Käfigfenstern verwendet werden kann, beispielsweise sechs, acht oder zwölf.
Das Gegenbahngelenk 2 ist als Scheibengelenk gestaltet, das heißt, daß das Gelenkaußenteil 3 in beide Richtungen R1 , R2 offen ist. In der ersten Richtung R1 ist das Gegenbahngelenk 2 mittels einer Dichtungsanordnung 12 nach außen hin abgedichtet. Die Dichtungsanordnung 12 umfaßt eine Blechkappe 13, die mit einer Abkantung 27 in eine umlaufende Ringnut 14 des Gelenkaußenteils 3 eingreift, und einen Membranbalg 15, der auf einem hülsenförmigen Ansatz 16 des Gelenkinnenteils 4 dichtend aufsitzt. Die Blechkappe 13 ist gegenüber dem Gelenkaußenteil 3 mittels eines Dichtrings 17 abgedichtet, der in einer weiteren Ringnut 28 des Gelenkaußenteils 3 einsitzt. Der Membranbalg 15 greift mit einem äußeren Bund 18 in eine nach innen offene umlaufende Ausnehmung 29 der Blechkappe 13 dichtend ein. Radial innen ist der Membranbalg 15 mit einem inneren Bund 19 auf dem hülsenförmigen Ansatz 16 mittels eines Sicherungsrings 20 dichtend befestigt.
Es ist ersichtlich, daß an dem Gelenkaußenteil 3 Anschlagmittel 38 befestigt sind, die so ausgelegt sind, daß die nach einem Zerlegen des Gelenks hohe Axialkräfte von über 80 kN aufnehmen und übertragen können. Die Anschlagmittel 38 sind in Form einer Anschlagplatte gestaltet, gegen die das Gelenkinnenteil 4 bei axialer Überlast in Richtung R2 anlaufen kann. Dabei wird ein Einschieben des Gelenkinnenteils 4 in das Gelenkaußenteil 3 begrenzt, so daß nach Anschlagen des Gelenkinnenteils gegen die Anschlagplatte 38 Axialkräfte vom Gelenkinnenteil auf das Gelenkaußenteil 3, bzw. in umgekehrter Richtung, übertragen werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz des Gegenbahngelenks 2 in ein- oder mehrteiligen Antriebswellen von Vorteil, bei der eine Axialverschiebung nach einem Unfall zum Schutz der Fahrzeuginsassen an einer anderen definierten Stelle als dem mit der Anschlagplatte 38 versehenen Gelenk 2 stattfinden soll.
Die Anschlagplatte 38 ist napfförmig gestaltet und umfaßt radial außen ein Flanschteil 39, das in einer axialen Ausnehmung 23 des Gelenkaußenteils 3 einsitzt, sowie einen daran anschließendes Konusabschnitt 40 und einen innen an den Konusabschnitt anschließenden Boden 42. Die Ausnehmung 23 ist als axiale Eindrehung gestaltet, so daß am Gelenkaußenteil 3 ein ringförmiger Ansatz gebildet ist. Dabei dient der Boden 42 als Anschlagfläche für das Gelenkinnenteil 4 nach Zerstörung des Gelenks 2. Durch die geschlossene napfförmige Gestalt hat die Anschlagplatte 38 eine Dichtfunktion für das Gelenk 2 und es wird ausreichend Raum für Winkelbewegungen des Gelenks 2 zur Verfügung gestellt. Die Anschlagplatte 38 ist gemeinsam mit einem Flanschteil eines Wellenrohrs 25 mit dem Gelenkaußenteil 3 verschweißt, wobei andere Befestigungsarten nicht ausgeschlossen sind. Zur Abdichtung des Gelenkraums gegenüber der Einstecköffnung 5 des Gelenkinnenteils 4 ist ein Deckel 24 vorgesehen, der in der Einstecköffnung 5 des Gelenkinnenteils 4 dichtend einsitzt.
Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Gegenbahngelenke 2 im Hinblick auf ihre Besonderheiten erläutert. Es ist in Figur 1 ersichtlich, daß der Käfig 7 mit einer sphärischen Außenfläche 36 in einer sphärischen Innenfläche 34 des Gelenkaußenteils 3 formschlüssig gehalten ist. Das bedeutet, daß der Käfig 7 gegenüber dem Gelenkaußenteil 3 lediglich Winkelbewegungen, aber keine axialen Bewegungen ausführen kann. Weiterhin hat der Käfig 7 eine durchgehend zylindrische Innenfläche 32, mit der er auf einer sphärischen Außenfläche 33 des Gelenkinnenteils 4 radial geführt ist. Dabei ist der Käfig 7 gegenüber dem Gelenkinnenteil 4 prinzipiell axial verschiebbar, wobei eine Verschiebebewegung durch die in den ersten und zweiten Kugelbahnen 9, 10 laufenden Kugeln 6 begrenzt wird. Durch diese Konfiguration werden die Gegenbahngelenke zu Festgelenken. Zwischen der zylindrischen Innenfläche 32 des Käfigs 7 und der sphärischen Außenfläche 33 des Gelenkinnenteils 4 ist ein kleiner Ringspalt gebildet. Hieraus ergibt sich eine gewisse relative Axialverschieblichkeit zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkaußenteil, wobei das Gelenk 2 geringe axiale Kräfte von bis zu etwa 30 kN schadensfrei aufnehmen kann. Übersteigen die Axialkräfte diese Größenordnung, beispielsweise aufgrund eines Unfalls, wird der Käfig 7 im Bereich der Käfigfenster plastisch verformt und das Gelenk 2 wird zerstört. Das Gelenkinnenteil 4 wird axial relativ zum Gelenkaußenteil 3 verschoben, bis es gegen die Anschlagplatte 38 anläuft. Eine weitere Axialverschiebung wird gestoppt, so daß Axialkräfte zwischen Gelenkinnenteil 4 und Gelenkaußenteil 3 übertragen werden.
Das in Figur 2 gezeigte Gegenbahngelenk 22 entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise demjenigen aus Figur 1 weitestgehend. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit um zwei tiefergestellten Bezugsziffern versehen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Käfig 72 mit einer sphärischen Innenfläche 322 auf der sphärischen Außenfläche 33 des Gelenkinnenteils 4 formschlüssig gehalten, so daß er lediglich Winkelbewegungen gegenüber letzterem ausführen kann. Weiterhin ist der Käfig 72 mit einer sphärischen Außenfläche 36 gegenüber einer zylindrischen Innenfläche 342 des Gelenkaußenteils 32 radial geführt. Dabei ist zwischen dem Käfig 72 und dem Gelenkaußenteil 32 ein Radialspalt vorgesehen, durch den eine statische Überbestimmung des Käfigs vermieden wird. Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegenbahn- gelenks. Dieses entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise weitgehend dem Gegenbahngelenk auf Figur 1. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei abgewandelte Bauteile mit um die Ziffer drei
5 tiefergestellten Indizes versehen sind. Während die Innenfläche des Käfigs beim Gelenk nach Figur 1 zylindrisch gestaltet ist, so daß der Käfig prinzipiell gegenüber dem Gelenkinnenteil axialverschieblich ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Anschlagfläche 35 am Gelenkinnenteil 4 vorgesehen, gegen die der Käfig 73 mit einer inneren Gegenfläche anlaufen kann. Dabei ist die Innenfläche 323 des Käfigs 73 o in Richtung R1 hinterschnittfrei bzw. zylindrisch gestaltet und bildet in Richtung R2 eine nach radial innen verjüngte ringförmige Stützfläche 31 , gegen das Gelenkinnenteil 4 mit seiner sphärischen Anschlagfläche 35 anschlagen kann. Im axial lastfreien Zustand ist zwischen dem Gelenkinnenteil 4 und der Innenfläche 322 des Käfigs 7 ein Ringspalt gebildet. Hiermit wird ermöglicht, daß das Gelenkaußenteil 3 und das Ge-
5 lenkinnenteil 4 bei Einwirkung von Axialkräften - unter elastischer Verformung der Gelenkteile, insbesondere des Käfigs 7 - in begrenztem Maße aufeinander zu verschoben werden können. Die relative Verschiebung wird durch Anlaufen der sphärischen Anschlagfläche 35 des Gelenkinnenteils 4 gegen die teilsphärische Stützfläche 31 des Käfigs 73 begrenzt, so daß die Axialkräfte vom Gelenkinnenteil 4 über
) den Käfig 73 direkt in das Gelenkaußenteil 3 eingeleitet werden. Hiermit können Axialkräfte von bis zu etwa 80 kN aufgenommen werden, ohne daß das Gelenk 23 zerstört wird. Das Gelenk 23 ist nach der Einwirkung dieser Axialkräfte weiterhin uneingeschränkt funktionsfähig, da der Käfig wieder seine Ausgangsform einnimmt. Treten noch höhere Axialkräfte auf, wird der Käfig 73 unter plastischer Verformung aufgewei-
5 tet und verliert seine Haltefunktion. Das Gegenbahngelenk 23 wird zerstört, so daß Gelenkinnenteil 4 und Gelenkaußenteil 3 im weiteren Verlauf ineinanderfahren können, bis das Gelenkinnenteil 4 gegen die Anschlagplatte 38 anschlägt.
Das erfindungsgemäße Gegenbahngelenk 24 nach Figur 4 entspricht hinsichtlich sei- ) nes Aufbaus und seiner Funktionsweise weitgehend dem Gegenbahngelenk aus Figur 3. Insofern wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, wobei abgewandelte Bauteile mit um die Ziffer vier tiefergestellten Indizes versehen sind. Hier ist der Käfig 74 mit einer sphärischen Innenfläche 324 auf einer sphärischen Außenfläche 33 des Gelenkinnenteils 4 formschlüssig gehalten, so daß er lediglich Winkelbewegungen gegenüber letzterem ausführen kann. Das Gelenkaußenteil 34 hat eine Innenfläche 344, die in Richtung R1 hinterschnittfrei, nämlich zylindrisch, gestaltet ist und in Richtung R2 eine nach radial innen verjüngte ringförmige Anschlagfläche 354 aufweist. Im axial lastfreien Zustand ist zwischen der Innenfläche 344 und der sphärischen Außenfläche 36 des Käfigs 74 ein Ringspalt gebildet. Wenn zwischen dem Gelenkaußenteil 34 und dem Gelenkinnenteil 4 aufeinander zu gerichtete Axialkräfte wirksam sind, wie sie beispielsweise beim Einstecken eines Wellenzapfens in die Einstecköffnung 5 des Gelenkinnenteils 4 oder bei einem leichten Unfall auftreten können, verformen sich die beteiligten Gelenkteile, insbesondere der Käfig 74, so weit elastisch bis er mit seiner sphärischen Außenfläche 36 gegen die Anschlagfläche 354 des Gelenkaußenteils 34 zur Anlage kommt. Auf diese Weise wird eine weitere Verschiebung des Gelenkinnenteils 4 relativ zum Gelenkaußenteil 3 begrenzt und eine plastische Verformung der beiteiligten Bauteile, insbesondere des Käfigs 74, verhindert.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gegenbahn- gelenks 2s, das hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise weitgehend demjenigen aus Figur 4 entspricht. Auf die entsprechende Beschreibung wird insofern Bezug genommen. Vorliegend ist das Gelenkaußenteil 35 so gestaltet, daß das Gelenk 25 axiale Zugkräfte bis zu einem begrenzten Maße aufnehmen kann. Hierfür bildet die Innenfläche 345 des Gelenkaußenteils 35 in Richtung R1 eine sich nach radial innen verjüngende ringförmige Anschlagfläche 355, während die Innenfläche 345 in Richtung R2 hinterschnittfrei, nämlich zylindrisch gestaltet ist. Die Anschlagfläche 345 kann somit Zugkräfte aufnehmen, die beispielsweise in der Längsantriebswelle bei Fahrten über Schlechtwegstrecken oder bei kleineren Unfällen auftreten können, wobei der vorne eingebaute Motor gegenüber dem Hinterachsdifferential nach vorne schwingt. Die Anschlagplatte 38 kann bei einem heftigen Unfall große axiale Druckkräfte zwischen dem Gelenkaußenteil 3 und dem Gelenkinnenteil 4 aufnehmen. Treten beispielsweise bei einem Frontalcrash hohe axiale Druckkräfte auf, wird das Gelenk 25 zerstört, und das Gelenkinnenteil 4 schlägt gegen den Boden 42 der Anschlagplatte 38 an. Das in Figur 6 gezeigte erfindungsgemäße Gegenbahngelenk 26 entspricht hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise denjenigen aus Figur 4 bzw. 5 wei- testgehend. Insofern wird auf die obige Beschreibung verwiesen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugszeichen mit um die Ziffer sechs tiefergestellten Indizes versehen sind. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich lediglich dadurch, daß im Gelenkaußenteil 36 zwei ringförmige Anschlagflächen 356, 356' gebildet sind, um sowohl zwischen dem Gelenkinnenteil 4 und dem Gelenkaußenteil 36 wirkende Druckkräfte als auch Zugkräfte abzustützen. In axial lastfreiem Zustand ist zwischen der sphärischen Außenfläche des Käfigs 76 und der Innenfläche des Gelenkaußenteils 36 ein Ringspalt gebildet. Die Innenfläche des Gelenkaußenteils 3β ist sphärisch gestaltet und bildet an ihren axial entgegengesetzten Enden die Anschlagflächen 35Θ, 356 1, gegen die der Käfig IQ anlaufen kann. Diese ermöglichen, daß Druck- oder Zugkräfte vom Gelenkinnenteil 4 über den Käfig 76 direkt - und nicht über die Kugeln 6 - in das Gelenkaußenteil 36 eingeleitet werden. Übersteigen die Axialkräfte die Aufnahmekapazität der jeweiligen Anschlagfläche 356, 356 1, wird letztere aufgeweitet und verliert ihre Haltefunktion. Das Gegenbahngelenk 26 wird zerstört, so daß Gelenkinnenteil 4 und Gelenkaußenteil 2>Q im weiteren Verlauf ineinanderfahren bzw. auseinanderfahren können. Eine Einfahrbewegung wird durch Anlaufen des Gelenkinnenteils 4 gegen die mit dem Gelenkaußenteil 36 verbundene Anschlagplatte 38 begrenzt.
Figur 7 zeigt eine mehrteilige Antriebswelle 43 mit einem Zwischenlager 44 für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zur Übertragung von Drehmomenten vom Schaltgetriebe auf das Achsdifferential, in gestreckter Lage zu der Längsachse X. Die Längsantriebswelle 43 umfaßt einen ersten Wellenabschnitt 45 und einen zweiten Wellenabschnitt 46, welche mittels eines Drehgelenks miteinander verbunden sind. Das Drehgelenkist in Form eines Gegenbahngelenks 27 gestaltet, das den obengenannten Gegenbahngelenken in weiten Teilen entspricht, auf deren Beschreibung insofern verwiesen wird. Hier sind auch die zweiten Bahnpaare ersichtlich, die sich mit ihren Steuerwinkeln in die entgegengesetzte Richtung zu den Steuerwinkeln der ersten Bahnpaare öffnen.
Das Gelenkaußenteil 37 ist mit einem Wellenrohr 47 des ersten Wellenabschnitts 45 fest verbunden und das Gelenkinnenteil 47 ist mit einem Zapfen 48 des zweiten Wellenabschnitts 46 fest verbunden. Die Abdichtung des Gelenkraums erfolgt mittels eines Deckels 22 einerseits und mittels einer Dichtungsanordnung 37 andererseits. Axial benachbart zum Gleichlaufdrehgelenk 27 ist das Zwischenlager 44 mit Dämpfungskörper 49 angeordnet, in dem die Antriebswelle 43 an die Fahrzeugkarosserie angeschlossen wird. Dabei ist die Längsantriebswelle 43 mittels eines Wälzlagers 50, das auf einem Lagerabschnitt 52 des zweiten Wellenabschnitts 46 im Zwischenlager 44 aufgezogen ist, drehbar gelagert. Der größte Außendurchmesser D des zweiten Wellenabschnitts 46 ist kleiner als der Innendurchmesser d des Wellenrohrs 47, so daß bei einem Unfall nach einem Zerlegen des Gegenbahngelenks 2 ein Verkürzen der Antriebswelle 43 durch Einschieben des zweiten Wellenabschnitts 46, geführt durch den in das Gelenkaußenteil 37 eintretenden Zapfen 48, teleskopartig und nahezu kraftfrei in das Wellenrohr 47 des ersten Wellenabschnitts 45 erfolgen kann.
Der erste Wellenabschnitt 45 der Antriebswelle 43 hat an seinem freien Ende einen Zapfen 53, der mit einem weiteren Drehgelenk 54 befestigt und gegenüber diesem mittels einer Dichtungsanordnung 51 abgedichtet ist. Das Drehgelenk 54 ist in Form eines VL-Gleichlaufdrehgelenks gestaltet, das axiale Verschiebungen in begrenztem Maße erlaubt. Das VL-Gelenk umfaßt ein Gelenkaußenteil 55 mit äußeren Kugelbahnen 56, ein Gelenkinnenteil 57 mit inneren Kugelbahnen 58, eine Mehrzahl von drehmomentübertragenden Kugeln 59, die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren und einer inneren Kugelbahn geführt sind, sowie einen Kugelkäfig 60 mit umfangs- verteilten Käfigfenstern, in denen die Kugeln aufgenommen sind. Das Gelenkaußenteil 55 des Gelenks hat eine innenzylindrische Führungsfläche, in welcher der Käfig 60 mit seiner sphärischen Außenfläche geführt ist. Das Gelenkinnenteil 57 hat außen zwei entgegengesetzt gerichtete konische Anschlagflächen, gegen die der Käfig 60 mit seiner sphärischen Innenfläche anlaufen kann. Dabei ist zwischen der Außenfläche des Gelenkinnenteils 57 und der Innenfläche des Käfigs 60 ein Spalt gebildet, so daß eine gewisse axiale Verschiebung zwischen dem Gelenkaußenteil 55 und dem Gelenkinnenteil 57 ermöglicht wird. Dieser Verschiebeweg kann bis zu 8 mm betragen. Das Gelenkaußenteil 55 hat über den Umfang verteilt mehrere Durchgangsbohrungen 62 zum Anschließen an einen Flansch eines nicht dargestellten Schaltgetrie- bes des Kraftfahrzeugs.
Der zweite Wellenabschnitt 45 der Antriebswelle 43 umfaßt ein Wellenrohr 63 mit einem Anschlußteil 25, das an seinem freien Ende mit dem Gelenkaußenteil 3 eines weiteren Drehgelenks 2 fest verbunden. Das Drehgelenk 2 ist in Form eines Gegen- bahngelenks nach Figur 1 gestaltet, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen mehrteiligen Antriebswelle ist folgen- dermaßen. Treten hohe Axialkräfte zwischen dem Schaltgetriebe und dem Hinterachsdifferentials des Kraftfahrzeugs auf, beispielsweise aufgrund eines Frontalunfalls, werden das mittlere Gleichlaufdrehgelenk 2γ und das hintere Gleichlaufdrehgelenk 2 unter plastischer Verformung zerstört, so daß das jeweilige Gelenkinnenteil gegenüber dem zugehörigen Gelenkaußenteil axial verschoben wird. Dabei wird der Verschiebeweg zwischen den Gelenkteilen 3, 4 des hinteren Gelenks 2 durch Anlaufen des Gelenkinnenteils 4 gegen die Anschlagplatte 38 begrenzt, so daß die Axialkräfte dann vom Gelenkinnenteil 4 auf das Gelenkaußenteil 3 eingeleitet werden. Die Kräfte werden über das Wellenrohr 47 und den Zapfen 48 in das Gelenkinnenteil 47 des mittleren Gelenks 27 eingeleitet, so daß in diesem Bereich ein Ineinanderfahren der beiden Wellenabschnitte 45, 46 erfolgt. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, daß die Antriebswelle 43 an einer anderen, nicht gewünschten Stelle, ausknickt, was zu einer Gefährdung der Fahrzeuginsassen führen könnte.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrteiligen Antriebswelle 43a. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise weitestgehend derjenigen aus Figur 7, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugsziffern mit um acht tiefergestellten Indizes versehen.
Die vorliegende Antriebswelle 43β ist dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Gelenke erste Axialkräfte von bis zu 80 kN schadensfrei aufnehmen können. Hierfür entspricht das hintere Gelenk 2z dem in Figur 3 gezeigten Gelenk, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird; das mittlere Gelenk 28 ist ähnlich gestaltet, umfaßt jedoch keine Anschlagplatte, wie das hintere Gelenk. Durch die am Gelenkinnenteil 3 gebildeten Anschlagflächen 353, gegen die der Käfig 73, 78 mit seiner teilspärischen Stützfläche 3I3 anlaufen kann, können das mittlere und das hintere Gelenk 23, 28 kleinere Axialkräfte bis etwa 80 kN, wie sie beispielsweise bei der Montage, kleineren Unfällen oder Fahrten über Schlechtwegstrecken auftreten können, schadensfrei aufnehmen. Treten größere Axialkräfte auf, beispielsweise aufgrund eines Unfalls, werden die beiden genannten Gelenke 23, 28 zerstört. Dabei werden die Axialkräfte nach Anlaufen des Gelenkinnenteils 4 des hinteren Gelenks 23 gegen dessen Anschlagplatte 38 auf das mittlere Gelenk 28 übertragen, so daß ein Te- leskopieren der beiden Wellenabschnitte 45, 46 ineinander im Bereich des mittleren Gelenks 28 erzwungen wird. Dabei taucht der hintere zweite Wellenabschnitt 46 in den vorderen ersten Wellenabschnitt 45 ein, so daß ein ungewünschtes Ausknicken der Antriebswelle 438 verhindert wird.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mehrteiligen Antriebswelle 43g. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise in weiten Teilen derjenigen aus Figur 7, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile mit Bezugsziffern mit um neun tiefergestellten Indizes versehen.
Eine Besonderheit der vorliegenden Antriebswelle 43g ist, daß das den ersten Wellenabschnitt 45g mit dem zweiten Wellenabschnitt 46g verbindende Drehgelenk in Form eines Kreuzgelenks 64 gestaltet ist. Das Kreuzgelenk 64 umfaßt eine mittelbar mit dem Wellenrohr 47g des ersten Wellenabschnitts 459 drehfest verbundene erste Gelenkgabel 65, eine mit dem Wellenrohr 639 des zweiten Wellenabschnitts 46g fest verbundene zweite Gelenkgabel 66 sowie ein in Lagerbuchsen 67 der beiden Gelenkgabeln 65, 66 sitzendes Zapfenkreuz 68. Die erste Gelenkgabel 65 ist mittels Schraubverdingung 72 mit einem Zapfen 69 verbunden, der in einen Hülsenansatz 70 des Wellenrohrs 47g drehfest eingreift. Dabei bilden der Zapfen 69 und der Hülsenansatz 70 eine längsverlaufende Schiebeverzahnung 73, die einen begrenzten axialen Schiebeweg von bis zu 25 mm ermöglicht. Die Schiebeverzahnung 73 wird von einer rohrförmigen Dichtmanschette 74 axial überdeckt, die mit einem Ende an dem Zapfen 69 befestigt ist und die an ihrem entgegengesetzten Ende einen WeI- lendichtring 75 trägt, der dichtend an einer Außenfläche des Hülsenansatzes 70 anliegt. Die Dichtmanschette verhindert somit, daß Schmutz in die Schiebeverzahnung 73 gelangt. Der erste Wellenabschnitt 45g ist axial zwischen dem Kreuzgelenk 64 und der Schiebeverzahnung 73 in dem Zwischenlager 44 drehbar aufgenommen, 5 das ein im Dämpfungskörper 49 gehaltenes Wälzlager 52 umfaßt.
Das erste Wellenrohr 47g ist als Stülprohr gestaltet, das bei unfallbedingten hohen Axialkräften ineinandergestülpt werden kann und somit verkürzt wird. Hierfür hat das Stülprohr eine entsprechend gestaltete Rohrwandung mit zwei Rohrabschnitten 76, D 77 mit kleineren Außendurchmessern und einen axial dazwischenliegenden Rohrabschnitt 78 mit einem größeren Außendurchmesser. Unter entsprechender axialer Belastung wird einer der Rohrabschnitte 76, 77 kleineren Durchmessers in den Rohrabschnitt 78 größeren Durchmessers eingestülpt, so daß sich das Wellenrohr 47g insgesamt verkürzt. Ein Ausknicken der Antriebswelle wird somit verhindert.
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Das am äußeren Ende des ersten Wellenabschnitts 45g angeordnete und mit dem Schaltgetriebe zu verbindende Drehgelenk ist in der vorliegenden Ausführungsform in Form eines Scheibengelenks 549, nämlich einer sogenannten Hardyscheibe, gestaltet. Die Hardyscheibe 549 umfaßt einen elastischen Aufnahmekörper 79, bei-
D spielsweise aus Gummi, mit darin einvulkanisierten umfangsverteilten Stahlbuchsen 80. Eine Teilzahl der Stahlbuchsen 80 ist mittels Schrauben 82 mit einem mit dem Wellenrohr 47g fest verbundenen Flansch 83 verspannt. Eine andere Teilzahl der Stahlbuchsen 80 wird mittels Schrauben an einen nicht dargestellten Anschlußflansch des Schaltgetriebes angeschlossen. Die Hardyscheibe 54g gleicht kleine Win-
5 keldifferenzen zwischen den zu verbindenden Flanschen 83 bzw. den damit verbundenen Wellen aus und dämpft gleichzeitig Stöße und Rucke bei der Drehmomentübertragung. Zur Zentrierung hat der Flansch 83 eine Hülse 84, in der ein elastischer Körper 85 einsitzt. In diese Hülse 84 wird ein Zapfen des nicht dargestellten An- schlußflanschs eingesteckt. o
Die Funktionsweise der vorliegenden mehrteiligen Antriebswelle ist folgendermaßen. Bei Auftreten hoher Axialkräfte zwischen dem Schaltgetriebe und dem Hinterachsdifferential des Kraftfahrzeugs, beispielsweise aufgrund eines Frontalunfalls, werden zunächst Zapfen 69 und Hülsenansatz 70 relativ zueinander axial verschoben, bis letzterer nach etwa 25 mm Schiebeweg gegen einen Axialanschlag anläuft. Weiterhin wird aufgrund der Axialkräfte das hintere Drehgelenk 23 zerstört. Dabei wird der Verschiebeweg zwischen den Gelenkteilen 33, 4 des hinteren Gelenks 23 durch Anlaufen des Gelenkinnenteils 4 gegen die Anschlagplatte 38 begrenzt, so daß die Axialkräfte dann vom Gelenkinnenteil 4 auf das Gelenkaußenteil 33 eingeleitet werden. Von dort werden die Axialkräfte über das zweite Wellenrohr 639 über das Kreuzgelenk 64 in das als Stülprohr gestaltete erste Wellenrohr 479 eingeleitet. Dort bewirken die Axialkräfte ein Ineinanderstülpen der Rohrwandung des Stülprohres. So kann in diesem Bereich ein kontrolliertes axiales Verkürzen der Antriebswelle 43g stattfinden. Ein unkontrolliertes Ausknicken der Antriebswelle, was zu einer Gefährdung der Fahrzeuginsassen führen könnte, wird verhindert.
Bezugszeichenliste
2 Gleichlaufdrehgelenk
3 Gelenkaußenteil
4 Gelenkinnenteil
5 Einstecköffnung
6 Kugel
7 Käfig δ Fenster θ äußere Kugelbahn
10 innere Kugelbahn
12 Dichtungsanordnung
13 Blechkappe
14 Ringnut
15 Membranbalg
16 Ansatz
17 Dichtung
18 Bund
19 Bund
20 Sicherungsring
22 Deckel
23 Ausnehmung
24 Deckel
25 Wellenrohr
26 Flansch
27 Abkantung
28 Ringnut
29 Ausnehmung
31 Stützfläche
32 Innenfläche (Käfig)
33 Außenfläche (Innenteil)
34 Innenfläche (Außenteil)
35 Anschlagfläche Außenfläche (Käfig)
Dichtungsanordnung
Anschlagmittel
Flanschteil
Konusabschnitt
Boden
Gelenkwelle
Zwischenlager erster Wellenabschnitt zweiter Wellenabschnitt
Wellenrohr
Zapfen
Dämpfelement
Lager
Dichtungsanordnung
Wälzlager
Zapfen
Drehgelenk
Gelenkaußenteil äußere Kugelbahn
Gelenkinnenteil innere Kugelbahn
Kugel
Käfig
Durchgangsbohrung
Wellen röhr
Drehgelenk / Kreuzgelenk erste Gelenkgabel zweite Gelenkgabel
Lagerbuchse
Zapfenkreuz
Zapfen
Hülsenansatz 72 Verschraubung
73 Schiebeverzahnung
74 Dichtmanschette
75 Wellend ichtring
76 Rohrabschnitt
77 Rohrabschnitt
78 Rohrabschnitt
79 Aufnahmekörper
80 Buchse
82 Schraube
83 Flansch
84 Hülse
85 elastischer Körper
A Längsachse
D, d Durchmesser
E Ebene
R Richtung
X Längsachse

Claims

Patentansprüche
1. Gleichlaufdrehgelenk (2) in Form eines Gegenbahngelenks, insbesondere zur Drehmomentübertragung in einer mehrteiligen Antriebswelle, umfassend ein Gelenkaußenteil (3) mit äußeren Kugelbahnen (9); ein Gelenkinnenteil (4) mit inneren Kugelbahnen (10); drehmomentübertragende Kugeln (6), die in Bahnpaaren aus jeweils einer äußeren Kugelbahn (9) und einer inneren Kugelbahn (10) geführt sind; einen Käfig (7) mit Käfigfenstern (8), in denen die Kugeln (6) aufgenommen sind und in einer gemeinsamen Ebene gehalten werden; wobei das Gleichlaufdrehgelenk (2) erste Axialkräfte zwischen dem Gelenkaußenteil (3) und dem Gelenkinnenteil (4) schadensfrei aufnehmen kann; wobei Anschlagmittel (38) mit dem Gelenkaußenteil (3) verbunden sind, gegen die das Gelenkinnenteil (4) bei Überschreiten der ersten Axialkräfte und nach Zerstören des Gleichlaufdrehgelenks anschlagen kann; wobei die Anschlagmittel (38) derart gestaltet sind, daß sie zweite Axialkräfte aufnehmen können, die größer sind als die ersten Axialkräfte, wodurch eine axiale Verschiebung des Gelenkaußenteils (3) relativ zum Gelenkinnenteil (4) begrenzt wird.
2. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig (7) derart gestaltet ist, daß zwischen dem Gelenkaußenteil (3) und dem Gelenkinnenteil (4) erste Axialkräfte von bis zu 30 kN schadensfrei aufgenommen werden können.
3. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagmittel (38) derart gestaltet sind, daß sie zweite Axialkräfte von mehr als 80 kN aufnehmen können.
4. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagmittel (38) in Form einer Anschlagplatte gestaltet sind, die mit dem Gelenkaußenteil (3) fest verbunden ist, insbesondere mittels Schweißen.
5. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagmittel (38) ein Flanschteil (39) aufweisen, das in einer ringförmigen Ausnehmung (23) des Gelenkaußenteils (3) einsitzt.
6. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagmittel (38) einen Boden (42) aufweisen, gegen den das Gelenkinnenteil (4) anschlagen kann.
7. Gleichlaufdrehgelenk nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagmittel (38) napfförmig gestaltet sind, wobei zwischen dem Boden (42) und Gelenkinnenteil (3) ein axialer Abstand gebildet ist.
8. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig (7) gegenüber dem einen der beiden Gelenkteile, nämlich Gelenkaußenteil (3) oder Gelenkinnenteil (4), axial formschlüssig gehalten ist, und daß der Käfig (7) gegenüber dem anderen der beiden Gelenkteile, nämlich Gelenkinnenteil (4) oder Gelenkaußenteil (3), in axialer Richtung betrachtet hin- terschnittfrei geführt ist.
9. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Käfig (7) gegenüber dem einen der beiden Gelenkteile, nämlich Gelenkaußenteil (3) oder Gelenkinnenteil (4), axial formschlüssig gehalten ist, und daß an dem anderen der beiden Gelenkteile, nämlich Gelenkinnenteil (4) oder Gelenkaußenteil (3), zumindest mittelbar eine Anschlagfläche (35) gebildet ist, gegen die der Käfig (7) mit einer Gegenfläche unter elastischer Verformung infolge von Axialkräften anlaufen kann.
10. Gleichlaufdrehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Scheibengelenk mit beidseitig offenem Gelenkaußenteil (3) gestaltet ist.
11. Ungeteilte Antriebswelle zum Übertragen von Drehmomenten im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Wellenrohr sowie zwei an den Enden des Wellenrohrs drehfest angeschlossene Drehgelenke,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eines der beiden Drehgelenke nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gestaltet ist.
12. Mehrteilige Antriebswelle zum Übertragen von Drehmomenten im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Wellenabschnitt (45) mit einem Wellenrohr (47) und einem ersten Drehgelenk an einem ersten Ende; einen zweiten Wellenabschnitt (46) mit einem zweiten Drehgelenk an einem dem ersten Ende entgegengesetzt gerichteten zweiten Ende; ein die beiden Wellenabschnitte (45, 46) drehfest miteinander verbindendes drittes Drehgelenk; wobei zumindest eines der Teile, nämlich der erste Wellenabschnitt (45), der zweite Wellenabschnitt (46) oder das dritte Drehgelenk, derart als Sollbruchstelle gestaltet ist, daß infolge eingeleiteter Axialkräfte ein Verkürzen der Antriebswelle ermöglicht wird; dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Drehgelenke, nämlich das erste oder das zweite Drehgelenk, als Gegenbahngelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gestaltet ist.
13. Antriebswelle nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das dritte Drehgelenk (2) als Sollbruchstelle gestaltet ist und bei Axialkräften zerlegbar ist, die von dem ersten und zweiten Wellenabschnitten (45, 46) schadensfrei aufgenommen werden können; wobei der zweite Wellenabschnitt (46) und der erste Wellenabschnitt (45) derart gestaltet sind, daß sie - nach einem Zerlegen des dritten Gleichlaufdrehge- lenks (2) aufgrund von eingeleiteten Axialkräften - ineinanderschiebbar sind.
14. Antriebswelle nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gelenkinnenteil (4) des dritten Drehgelenks (2) mit einem Zapfen (48) des zweiten Wellenabschnitts (46) verbunden ist, und daß das Gelenkaußenteil (3) des dritten Drehgelenks (2) zumindest mittelbar mit dem Wellenrohr (47) des ersten Wellenabschnitts (45) verbunden ist.
15. Antriebswelle nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Drehgelenk in Form eines VL-Gelenks gestaltet ist.
16. Antriebswelle nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Drehgelenk in Form eines Gegenbahngelenks nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gestaltet ist.
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