DE4113709A1

DE4113709A1 - Tubular drive shaft - has sleeve enveloping resilient element, has wider section covering latter, and counteracts collapse of shaft during deformation

Info

Publication number: DE4113709A1
Application number: DE4113709A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Braeundl; Norbert Di Schulte-Frankenfeld
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2011-04-27
Also published as: DE4113709C2

Abstract

A device is attached to the drive shaft (10) which counteracts collapse of the shaft during deformation of the resilient element (12). The device comprises a sleeve (20) which envelops the resilient element (12) and is supported on both sides of the drive shaft (10). The sleeve is fixed on the shaft on one side of the resilient element, has a wider section (24) covering the latter, and then changes into a narrow support section (26). USE/ADVANTAGE - Motor vehicles. Deformation characteristics are improved.

Description

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Antriebswelle, insbesondere eine Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug, mit einem einstückig angeformten Verformungselement zur Auf nahme von Aufprallenergie in axialer Richtung.The invention relates to a tubular drive shaft, in particular a cardan shaft for a motor vehicle, with an integrally molded on deformation element absorption of impact energy in the axial direction.

Eine derartige Gelenkwelle bzw. Kardanwelle zeigt die DE-OS 21 56 783. Dabei ist in der rohrförmigen Welle an einem Abschnitt ein starker Durchmessersprung vorgese hen, der einen nahezu radial verlaufenden Wandabschnitt ergibt. Bei einer eine definierte Kraft übersteigenden Axialbelastung der Welle wirkt dieser Abschnitt als Ver formungselement, in dem sich die im Durchmesser ver schiedenen Wellenabschnitte ineinander verschieben kön nen. Ein anderes bekanntes Verformungselement, welches einstückig und freitragend an die rohrförmige Antriebs welle angeformt ist, ist wie ein Wellrohr ausgebildet. Derartige Antriebswellen mit unmittelbar angeformten Verformungselement sind zwar robust und einfach in ihrer Konstruktion, genügen aber nicht allen Anforderungen hinsichtlich des gewünschten Verformungsverhaltens.Such a propeller shaft or cardan shaft shows the DE-OS 21 56 783. It is in the tubular shaft a large jump in diameter was performed in one section hen, the an almost radial wall section results. If the force exceeds a defined one Axial loading of the shaft acts as a ver forming element in which the diameter ver can shift different shaft sections into each other nen. Another known deformation element, which in one piece and self-supporting to the tubular drive Shaped wave is formed like a corrugated tube. Such drive shafts with directly molded Deformation element are robust and simple in their Construction, but do not meet all requirements with regard to the desired deformation behavior.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße An triebswelle derart weiterzubilden, daß bei Beibehaltung einer einfachen robusten Konstruktion das Verformungs verhalten weiter verbessert ist. The object of the invention is the generic type Drive shaft to develop in such a way that while maintaining a simple robust construction the deformation behavior is further improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf te Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Pa tentansprüchen entnehmbar.According to the invention, this object is characterized by the solved the features of claim 1. Advantageous te further developments of the invention are the further Pa claims can be removed.

Erfindungsgemäß sind im Bereich des Verformungselementes an der Antriebswelle Mittel vorgesehen, die einem Aus knicken der Welle beim Crashfall entgegenwirken. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die unmittelbar in die An triebswelle integrierten Verformungselemente dazu nei gen, bei nicht exakt axial wirkender Aufprallenergie auszuknicken, wodurch der berechnete Energieabbau ge stört und gegebenenfalls unkontrollierte Beschädigungen im Umfeld der Antriebswelle auftreten können.According to the invention are in the area of the deformation element Means are provided on the drive shaft that an off prevent the shaft from buckling in the event of a crash. It has it has been shown that the directly in the An drive shaft integrated deformation elements nei gene, with impact energy that does not act exactly axially buckling, causing the calculated energy degradation ge disturbing and possibly uncontrolled damage can occur in the vicinity of the drive shaft.

Die einem Abknicken entgegenwirkenden Mittel können be vorzugt gemäß Anspruch 2 eine außenliegende Manschette oder gemäß Anspruch 5 ein innerhalb der Antriebswelle liegender Rohrstutzen sein, die das Verformungselement überspannen und jenseits des Verformungselementes wieder an der Antriebswelle abgestützt sind. Diese Mittel las sen eine ungehinderte Verformung des Verformungselemen tes zu, wirken jedoch ähnlich einer Teleskopführung dem Ausknicken entgegen; sie sind konstruktiv einfach und können bei der Herstellung der Antriebswelle mit ge ringem Montageaufwand an dieser angebracht, bevorzugt mittels Schrumpfsitz oder Preßsitz befestigt werden.The counteracting means can be preferably according to claim 2 an external cuff or according to claim 5 within the drive shaft lying pipe socket, which is the deformation element span and beyond the deformation element again are supported on the drive shaft. These means read an unhindered deformation of the deformation element tes, but act like a telescopic guide Buckling against; they are constructively simple and can in the manufacture of the drive shaft with ge ringem mounting effort attached to this, preferred can be attached using a shrink fit or press fit.

Die Konstruktion dieser Mittel ist bevorzugt so, daß diese einerseits des Verformungselementes befestigt, an schließend mit einem Abschnitt, der die Verformung des Verformungselementes nicht behindert, über dieses hin weggeführt und schließlich in einer Art Schiebeführung an dem jenseits des Verformungselementes liegenden Wel lenabschnitt abgestützt ist. Eine konusförmige Erweite rung oder Verengung verhindert während der Verformung, daß sich der eine Schiebeführung bildende Stützabschnitt auf der Antriebswelle verkeilt oder verklemmt. Bevorzugt weist der Stützabschnitt einen Ringspalt gegenüber der Antriebswelle auf, um eine ungehinderte Verschiebung im Verformungsfall zu gewährleisten, wobei dieser Ringspalt zur Vermeidung von Geräuschen oder gegen Eindringen von Schmutz, Feuchtigkeit etc. abgedichtet sein kann.The construction of these means is preferably such that attached to the deformation element on the one hand closing with a section that shows the deformation of the Deformation element not hindered over this led away and finally in a kind of sliding guide on the world beyond the deformation element len section is supported. A conical shape prevents or narrowing during deformation, that the support section forming a sliding guide wedged or jammed on the drive shaft. Prefers the support portion has an annular gap opposite Drive shaft on to an unimpeded shift in the Ensure deformation case, this annular gap to avoid noise or to prevent the ingress of Dirt, moisture, etc. can be sealed.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgen den mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die sche matische Zeichnung zeigt inTwo embodiments of the invention are as follows the explained in more detail. The beautiful matical drawing shows in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine teilweise darge stellte Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges mit einem Verformungselement und einer außenliegen den Manschette; Figure 1 is a longitudinal section through a partially shown propeller shaft of a motor vehicle with a deformation element and an outer sleeve.

Fig. 2 ebenfalls einen teilweisen Längsschnitt durch eine Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges mit einem Verformungselement und einem innenliegen den Rohrstutzen. Fig. 2 also a partial longitudinal section through a propeller shaft of a motor vehicle with a deformation element and an inner pipe socket.

In der Fig. 1 ist mit 10 ein Abschnitt einer rohrförmi gen Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, in den ein Verformungselement 12 eingeformt ist. Das Verfor mungselement 12 ist gebildet durch einen radial verlau fenden Wandabschnitt 14, der einen Abschnitt größeren Durchmessers 16 und einen Abschnitt kleineren Durch messers 18 der Kardanwelle 10 miteinander verbindet. Bei einer auf die Kardanwelle 10 wirkenden Aufprallenergie in axialer Richtung können sich die Abschnitte 18, 16 bei entsprechender Verformung des Wandabschnittes 14 teles kopartig ineinander verschieben, wobei entsprechende Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird.In Fig. 1, 10 denotes a section of a rohrförmi gene cardan shaft for a motor vehicle, in which a deformation element 12 is molded. The Verfor mungselement 12 is formed by a radially duri fenden wall section 14 which connects a portion of larger diameter 16 and a portion of smaller diameter 18 of the propeller shaft 10 together. In the event of an impact energy acting on the cardan shaft 10 in the axial direction, the sections 18 , 16 can telescopically shift into one another with corresponding deformation of the wall section 14 , with corresponding impact energy being converted into deformation energy.

Um das Verformungselement 12 herum ist eine rohrförmige Manschette 20 angeordnet, die dem Ausknicken des Verfor mungselementes 12 entgegenwirkt.Around the deformation element 12 around a tubular sleeve 20 is arranged, which counteracts the buckling of the deformation element 12 .

Die Manschette 20 ist auf dem durchmessergrößeren Ab schnitt 16 der Kardanwelle 10 durch Aufschrumpfen eines ersten Rohrabschnittes 22 befestigt. Ein im Durchmesser erweiteter, daran anschließender Abschnitt 24 umhüllt mit radialem Abstand das Verformungselement 12 und endet, sich wieder verengend, in einem Stützabschnitt 26. Dieser Stützabschnitt 26 umschließt unter Belassung eines Ringspaltes 28 den Abschnitt geringeren Durch messers der Kardanwelle 10 und endet in einer konusför migen Erweiterung 30.The sleeve 20 is on the larger diameter from section 16 of the propeller shaft 10 by shrinking a first pipe section 22 attached. A section 24 which is widened in diameter and adjoins it surrounds the deformation element 12 at a radial distance and ends, narrowing again, in a support section 26 . This support section 26 encloses the portion of smaller diameter of the propeller shaft 10 and leaves an annular gap 28 and ends in a cone-shaped extension 30th

Schließlich ist der Ringspalt 28 mittels einer Dicht masse 32 abgedichtet, so daß in den Zwischenraum zwi schen Manschette 20 und Verformungselement 12 kein Schmutz oder Feuchtigkeit eindringen können.Finally, the annular gap 28 is sealed by means of a sealing compound 32 , so that no dirt or moisture can penetrate into the space between the collar 20 and the deformation element 12 .

Bei einer auftretenden Verformung des Verformungselemen tes 12, wobei sich die Abschnitte 18, 16 der Kardanwelle 10 ineinanderschieben, kann der Stützabschnitt 26 ohne Übertragung von Kräften relativ zum Rohrabschnitt 18 sich verschieben, so daß die Verformung des Verformungs elementes 12 in axialer Richtung nicht behindert ist. In the event of deformation of the Verformungselemen tes 12 , with the sections 18 , 16 of the propeller shaft 10 sliding into one another, the support section 26 can move relative to the pipe section 18 without transferring forces, so that the deformation of the deformation element 12 is not hindered in the axial direction .

Zugleich wirkt jedoch die Manschette 20 ähnlich einer Teleskopführung einem Abknicken bei schräg zur Drehachse der Kardanwelle 10 auftretenden Verformungskräften ent gegen.At the same time, however, the collar 20 acts in a manner similar to a telescopic guide to prevent kinking when deformation forces occur obliquely to the axis of rotation of the propeller shaft 10 .

Die Fig. 2 zeigt einen gleichen Abschnitt 16, 18 der Kar danwelle 10 mit einem Verformungselement 12 wie vorbe schrieben. Fig. 2 shows the same section 16 , 18 of the Kar danwelle 10 with a deformation element 12 as vorbe wrote.

Innerhalb der Kardanwelle 10 ist ein Rohrstutzen 34 an geordnet, der mit einem Endabschnitt 36 in den im Durch messer geringeren Abschnitt 18 der Kardanwelle 10 fest gelegt ist, mit einem verlängerten Abschnitt 38 gleichen Durchmessers das Verformungselement 12 überspannt und in einen im Durchmesser erweiterten Stützabschnitt 40 über geht.Within the cardan shaft 10 , a pipe socket 34 is arranged, which is fixed with an end section 36 in the smaller diameter section 18 of the cardan shaft 10 , with an extended section 38 of the same diameter spanning the deformation element 12 and in an enlarged support section 40th transforms.

Der Stützabschnitt 40 weist einen geringen Ringspalt 42 gegenüber dem im Durchmesser größeren Abschnitt 16 der Kardanwelle 10 auf und trägt an seinem Endbereich 44 eine konusförmige Verengung. Der Rohrstutzen 34 ist im Bereich seines Abschnittes 36 mit Preßsitz im Abschnitt 18 der Kardanwelle 10 befestigt.The support section 40 has a small annular gap 42 with respect to the larger diameter section 16 of the propeller shaft 10 and has a conical narrowing at its end region 44 . The pipe socket 34 is fixed in the region of its section 36 with a press fit in section 18 of the propeller shaft 10 .

Im Falle einer axial gerichteten Verformung des Verfor mungselementes 12 kann der Stützabschnitt 40 sich unge hindert innerhalb des Abschnittes 16 der Kardanwelle 10 verschieben. Bei einer schräg zur Längsachse der Kardan welle 10 wirkenden Kraft stützt sich jedoch der Ab schnitt 40 unter Bildung einer Teleskopführung an der Kardanwelle 10 bzw. im Abschnitt 16 ab und verhindert somit ein mögliches Ausknicken. In the case of an axially directed deformation of the deformation element 12 , the support section 40 can freely move within the section 16 of the propeller shaft 10 . In one obliquely to the longitudinal axis of the cardan shaft 10, however, the force acting from relies cut 40 to form a telescopic guide on the propeller shaft 10 or in section 16, and thus prevents a possible buckling.

Die Manschette 20 bzw. der Rohrstutzen 34 können aus einem Stahlrohr oder aus einem hochfesten Leichtmetall rohr gebildet sein. Die Wandstärke ist so auszulegen, daß ausreichende Stützkräfte übertragbar sind. Die Be festigung der Manschette 20 bzw. des Rohrstutzens 34 kann wie beschrieben durch Schrumpfsitz (außen) oder Preßsitz (innen) erfolgen, jedoch sind auch andere Be festigungsarten wie Kleben, Schweißen etc. möglich. Die Stützlängen der Abschnitte 22, 26 bzw. 36, 40 sowie die Länge der Überspannung des Verformungselementes 12 sind auf die gegebenen Verhältnisse abzustimmen. Anstelle des Verformungselementes 12 in Form einer radial verlaufen den Wand kann auch ein Verformungselement nach Art eines Wellrohres oder jede andere, eine axiale Verformung be günstigende Form verwendet sein.The sleeve 20 or the pipe socket 34 can be formed from a steel tube or from a high-strength light metal tube. The wall thickness must be designed so that sufficient supporting forces can be transferred. Be the fastening of the sleeve 20 or the pipe socket 34 can be carried out as described by shrink fit (outside) or press fit (inside), but other types of fastening such as gluing, welding, etc. are also possible. The support lengths of the sections 22 , 26 and 36 , 40 and the length of the overvoltage of the deformation element 12 are to be matched to the given conditions. Instead of the deformation element 12 in the form of a radially extending wall, a deformation element in the manner of a corrugated tube or any other shape which is favorable for axial deformation can also be used.

Claims

1. Tubular drive shaft, in particular cardan shaft for a motor vehicle, with an integrally formed deformation element for receiving impact energy in the axial direction, characterized in that means ( 20 , 34 ) are attached to the drive shaft ( 10 , a buckling of the Counteract the shaft ( 10 ) when the deformation element ( 12 ) is deformed.

2. Drive shaft according to claim 1, characterized in that the means is a the deformation element ( 12 ) enveloping and on both sides of the drive shaft ( 10 ) supported sleeve ( 20 ).

3. Drive shaft according to claims 1 and 2, characterized in that the sleeve ( 20 ) on the one hand of the deformation element ( 12 ) on the drive shaft ( 16 ) is fixed, with an expanded section ( 24 ) over the deformation element ( 12 ) stretches and then merges into a again narrowed support section ( 26 ).

4. Drive shaft according to claim 3, characterized in that the sleeve ( 20 ) in the end region ( 30 ) of the support section ( 26 ) is widened conically.

5. Drive shaft according to claim 1, characterized in that within the deformation element ( 12 ), a pipe socket ( 34 ) is provided, which supports the deformation element ( 12 ) in the shaft ( 10 ) supported in the axial direction.

6. Drive shaft according to claim 9, characterized in that the pipe socket ( 34 ) on the one hand of the United deformation element ( 12 ) on the drive shaft ( 18 ) is fixed, extends axially beyond the Verformungsele element and an approximated to the inner shaft diameter support portion ( 40 ) has.

7. Drive shaft according to claim 6, characterized in that the support section ( 40 ) in the end region ( 44 ) is tapered inwards.

8. Drive shaft according to one of the preceding claims, characterized in that between the support sections ( 26 ; 40 ) of the means ( 20 , 34 ) an annular gap ( 28 ; 42 ) to the adjacent shaft section ( 16 ; 18 ) is provided.

9. Drive shaft according to claim 8, characterized in that the annular gap ( 28 ) is sealed by a sealing means ( 32 ).

10. Drive shaft according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the sleeve ( 20 ) on the one hand of the deformation element ( 12 ) on the shaft section ( 16 ; 18 ) is fixed by shrink fit.