DD295894A5 - Verbindungsanordnung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschluszelement mit einem Anschluszstutzen, die miteinander in Umfangsrichtung formschluessig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Laengswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei in Axialrichtung groeszer sind als die in Laengsrichtung wirksamen Adhaesionskraefte zwischen dem Rohrende und dem Stutzen. Fig. 1{Verbindungsanordnung; Rohrwelle; Verbundwerkstoff; Rohrende; Anschluszstutzen; Druck- oder Knickkraefte; Adhaesionskraefte; Umfangswicklungen; Wanddicke; Aufweitkonus}
Description
Aus der DE-PS 3007896 ist eine Verbindungsanordnung der genannten Art bekannt, bei der das Rohrende auf einen mit einer Außenverzahnung versehenen Stutzen aufgeschoben wird, wobei sich die Verzahnung in die Rohroberfläche einschneidet. Die Verbindung ist außen durch einen die Anordnung sichernden Ringkörper gesichert.
Aus der DE 3828018 ist eine Verbindungsanordnung bekannt, bei der ebenfalls ein metallisches Anschlußelement mit Außenverzahnung in das Ende eines Faserverbundrohres unter Einschneiden der Verzahnung in den Verbundwerkstoff und radialem Aufweiten des Rohrendes eingepreßt wird. Im Anschluß an den eingepreßten Stutzen, der zugleich Gelenkteil ist, ist der Querschnitt des Faserverbundrohres reduziert.
Schließlich ist aus der US 4722717 eine Verbindungsanordnung zwischen dem offenen Ende einer Faserverbundwelle und einem Anschlußstutzen bekannt, bei dem sich ergänzende Längs- und Umfangsnuten jeweils auf der Innenoberfläche des Rohrendes und auf der Außenfläche des darin eingeschobenen Stutzens vorgesehen sind, in die aushärtbares Harz, das gegebenenfalls kurze Faseranteile umfassen kann, eingebracht wird, um nach dem Aushärten ein in Umfangs- und in Axialrichtung einen Formschluß herstellendes Verbindungselement zu bilden.
Im letztgenannten Fall soll bestimmungsgemäß eine nicht nur drehmomentbelastbare, sondern auch axial feste Verbindung zwischen dem Rohrende und dem Anschlußelement hergestellt werden. Die beiden erstgenannten Anordnungen sind aufgrund ihrer konstruktiven Einzelheiten ebenfalls in Umfangsrichtung und in Axialrichtung, zumindest in bezug auf Druckkräfte hochbelastbar.
Das Verformungsverhalten beim Frontalaufprall wird bei modernen Kraftfahrzeugen konstruktiv so vorgegeben, daß bestimmte progressive Deformationskennlinien (Deformationskraft über Deformationsweg) erzielt werden. („Zur Realisierbarkeit unterschiedlicher Deformationskennlinien", R.Hoefs u.a., BMFT Vorhaben TV 8035.) Bei der Verwendung der obengenannten Verbindungsanordnungen in Längsantriebswellen (Kardanwellen) von Kraftfahrzeugen mit Hinterrad- oder Allradantrieb hat es sich als wesentlicher Nachteil herausgestellt, daß Faserverbundwellen oder andere Leichtbauwellen, die in der Regel aufgrund ihres geringen Gewichtes auf ein Zwischengelenk verzichten können, eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen. Beim Frontalaufprall wird durch die Wirkung der steifen Längsantriebswelle und die Massenträgheit der angeschlossenen Antriebsachse bzw. des Differentials die Knautschzone des Fahrzeuges versteift und verliert so ihre schützende Wirkung für die Insassen des Fahrzeuges. Die festgelegte Energieabsorption wird durch die Verbindung der Hinterachsmassen mit dem Fahrzeugvorderbau über die Längswelle gestört und in der Folge werden die Körper der Insassen zu schnell abgebremst. Dies kann bei einem Unfall zu schweren bzw. tödlichen Verletzungen führen.
Es wurde in Crash-Versuchen weiter festgestellt, daß auch der Einsatz einer Sicherheitseinrichtung nach Art eines Airbags durch die beschriebene Einwirkung der steifen Längsantriebswelle gestört wird. Die Folge hiervon ist, daß die Airbags zu spät iniziiert werden und die Insassen ebenfalls nicht den beabsichtigten Schutz erfahren.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, eine Verbindungsanordnung so auszubilden, daß mit geringem Aufwand hohe Gebrauchswerteigenschaften und Sicherheit von Insassen von Kraftfahrzeugen erreichbar sind.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen, die mit einem der in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Längswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, die ungestört eine festgelegte Energieabsorption zuläßt und in der Praxis auftretende Störungen vermeidet.
Die Lösung hierfür besteht in einer Anschlußverbindung, bei der die von der Rohrwelle zerstörungsfrei aufnehmbaren Druckoder Knickkräfte in Axialrichtung größer sind als die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende und dem Stutzen. Es wird hiermit eine konstruktiv einfache Lösung bereitgestellt, die die erforderlichen Drehmomente problemlos übertragen kann, im Normalbetrieb auch begrenzte Längskräfte aufnimmt, um beispielsweise die Wirkung von üblichen Schiebegelenken im Anschluß an die Welle sicherzustellen, die jedoch bei einem Frontal- oder Auffahrunfall eine Abkopplung der Hinterachsenmassen vom Fahrzeugvorderbau ermöglicht, so daß keine Störeinflüsse von dort auf die Knautschzone und die Iniziierung des Airbags ausgeübt werden.
Nach einer bevorzugten Auslegung der Anschlußverbindung sind die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende und dem Stutzen größer als die bei zerstörungsfreiem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs im Bereich „Fußgängerschutz" und „Schutz bei kleiner Geschwindigkeit" an der Rohrwelle auftretenden Verzögerungskräfte in Axialrichtung, d.h. der sogenannte 5-km/h-Aufprall des Fahrzeugs soll zu keinen Veränderungen an der Anschlußverbindung führen.
In besonders günstiger Weiterbildung wird nach dem Trennen der Verbindung durch geeignete Mittel das Wellenende unmittelbar an der Verbindungsanordnung zerstört, so daß auch nicht im späteren Verlauf der Fahrzeugverformung die Wellensteifigkeit störende Einflüsse hervorruft.
Es kann dabei die Rohrwelle in axialer Richtung zur Darstellung axial veränderlicher Energieabsorption auch eine veränderliche Wanddicke, beispielsweise durch zusätzliche Umfangswicklungen, aufweisen, mit der in Ergänzung zum Fahrzeugvorderbau die Deformationskennlinie beeinflußt werden kann. Die Kraftverläufe der Rohrwelle können antizyklisch zu denen des Vorderbaus ausgelegt werden. Als geeignete Mittel für die Zerstörung sind ein Aufreinkonus bei auf den Stutzen aufgeschobenem Rohrende oder ein Quetschkonus bei in den Stutzen eingestecktem Rohrende geeignet. Noch günstiger sind mehrere umfangsverteilte Schneidkeile, die das Rohr in Längsrichtung aufschlitzen.
Ein mit axialem Abstand zum Rohrende angeordneter einfacher Absatz ist ebenfalls möglich. Von Bedeutung ist es daher, daß zum Losreißen am Anschlußelement vor dem Rohrende zunächst keine wesentlichen Querschnittsänderungen liegen.
Das angesprochene Verbindungselement kann als Hülsenkörper ausgebildet sein, der selbst aus Faserverbundwerkstoff oder geeignetem Kunststoff oder Harzmaterial hergestellt ist und in das Rohrende eingeklebt wird, worauf dieses dann auf den Anschlußstutzen aufgeschoben wird. Zur Fixierung von Rohrende und Anschlußstutzen kann es günstig sein, wenn das Verbindungselement radiale, bevorzugt dabei axial verlaufende Durchbrechungen hat, die einen begrenzten unmittelbaren Klebekontakt zwischen Rohr und Stutzen ermöglichen.
Das Verbindungselement kann jedoch auch in situ erzeugt werden, wenn entsprechende Bundbereiche am Anschlußelement vorgesehen sind und im Stutzen oder im Rohrkörper Zuführ- und Entlüftungsöffnungen zum Einbringen eines Harzes, insbesondere eines mit kurzen Fasern versetzten Harzes vorgesehen sind.
Damit keine Adhäsionskräfte zwischen dem verzahnten oder polygonförmigen Stutzen und dem Verbindungselement entstehen, kann die Auswahl einer geeigneten Werkstoffpaarung ausreichend sein, in der Regel wird ein Trennmittel auf den Stutzen aufzubringen sein. Sofern dies nicht ausreicht, kann die Verbindung zwischen Stutzen und Verbindungselement vorder endgültigen Montage auch zunächst axial losgerissen werden und dann wieder unter geeigneter Fixierung zur Aufnahme geringer Kräfte ineinandergeschoben werden.
Zur zeitlichen Steuerung der Zerstörung des Rohrendes bzw. zur Darstellung bestimmter Kraftverläufe kann es sinnvoll sein, das von einem Wellenabsatz, einem Aufreiß- oder Quetschkonus oder von Schneidkeilen zu zerstörende Rohrende mit über der Länge sich verändernder Dicke auszuführen.
Im Sinne der Erfindung sind nachfolgend aufgeführte konkrete Ausgestaltungen. Danach ist es vorgesehen, daß der Stutzen einen polygonförmigen Querschnitt hat, das Rohrende eine zylindrische Gegenfläche hat und zumindest ein Verbindungselement haftschlüssig mit dem Rohrende verbunden ist und formschlüssig mit dem polygonförmigen Stutzen zusammenwirkt.
Ferner ist vorgesehen, daß das Verbindungselement ein mit dem Rohrende verklebtes Hülsenelement ist. Vorteilhaft ist es, daß das Verbindungselement zwischen Rohrende Stutzen zwischen zwei Bundbereichen in situ ausgeformt ist. Es ist auch möglich, daß das Verbindungselement am Umfang aufgetrennt ist und an der zumindest einen Trennstelle eine haftschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen dem Stutzen und der Oberfläche des Rohrendes vorgesehen ist. Weiterhin ist es möglich, daß der Anschlußstutzen in das Rohrende eingeschoben ist. Dabei ist es zweckmäßig, daß im Anschluß an das Rohrende am Anschlußelement ein Aufweitkonus vorgesehen ist. Nach einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Anschlußstutzen das Rohrende außen umgibt.
Dabei ist es sinnvoll, daß im Anschluß an das Rohrende am Anschlußelement ein Quetschkonus vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, daß das Anschlußelement eine Durchgangsöffnung hat. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist möglich, daß im Anschluß an das Rohrende am Anschlußelement zumindest ein Schneidkanal vorgesehen ist. Sinnvoll ist es auch, daß mit Abstand zum Rohrende am Anschlußelement ein Absatz als Zerstörungsanschlag für das Rohrende vorgesehen ist. Schließlich ist es möglich, daß zwischen dem Verbindungselement und der Verzahnung oder der Polygonform des Stutzens ein Trennmittel vorgesehen ist.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, die in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1: zeigt eine Anschlußverbindung mit Aufweitkonus am Anschlußstutzen im Längsschnitt, Fig. 2: zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Anschlußstutzen nach Fig. 1 im Querschnitt mit einer vergrößerten Einzelheit, Fig. 3: zeigt eine Anschlußverbindung nach den Figuren 1 und 2 im Zustand teilweiser Zerstörung, Fig.4: zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Aufweitkonus am Anschlußstutzen und einem Rohrende mitzunehmender
Wanddicke, Fig. 5: zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Aufweitkonus am Anschlußstutzen und einem Rohrende mit abnehmender Wanddicke,
Fig. 6: zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Axialanschlag am Anschlußstutzen in einiger Entfernung vom Rohrende, Fig. 7: zeigt eine Anschlußverbindung mit einem Aufweitkonus am Anschlußstutzen und einem separaten geschlitzten
Zwischenelement, Fig. 8: zeigt Kraft-Zeit-Verläufe von Anschlußstutzen verschiedener Ausführung.
In Figur 1 ist ein Rohrende 7 eines Faserverbundrohres dargestellt, das auf einen Anschlußstutzen 1 aufgeschoben ist. Das Rohrende sitzt auf zwei Bunden 4, 5 oder Zentrierungen des Stutzens 1 auf. Zwischen diesen beiden weist der Stutzen 1 eine
Außenverzahnung 2 auf. Ein Verbindungselement 8 greift formschlüssig in die Verzahnung 2 ein und steht mit der innenzylindrischen Oberfläche des Rohrendes 7 in haftschlüssiger Verbindung. Im Anschluß an das Rohrende 7 weist der Stutzen 1 einen Aufweitkonus 3 bzw. mehrere Schneidkeile auf. Der Stutzen 1 weist ferner eine zentrale Entlüftungsbohrung 6
In Figur 2 sind das mit der Verzahnung 2 versehene Ende des Anschlußstutzens 1 und das Rohrende 7 des innenzylindrischen Rohrkörpers erkennbar, zwischen denen das aus ausgehärtetem Harz, insbesondere faserverstärktem Harz, hergestellte Verbindungselement 8 zu erkennen ist, das mit dem Rohr haftschlüssig verbunden ist und gegenüber der Verzahnung 2 durch eine Trennmittelschicht 9 so getrennt ist, daß ausschließlich ein Formschluß wirksam wird.
In Figur 3 ist die Anschlußverbindung nach den Figuren 1 und 2 in der Zerstörung befindlich gezeigt. Das Rohrende 7 mit dem anhaftenden Verbindungselement 8 sind durch den Aufweitkonus 3 bleibend aufgeweitet und von der Verzahnung 2 zwischen den Bunden 4,5 abgehoben, ohne die geschlossene Rohrform zu verlieren.
Figur 4 zeigt eine Verbindungsanordnung, die im wesentlichen mit Figur 1 übereinstimmt, bei der jedoch das Rohrende 7 zum Ende zu Verdickungen 10 zur Beeinflussung des Zerstörungskraftverlaufes aufweist, der hier degressiv ist.
Figur 5 zeigt eine Verbindungsanordnung mit den gleichen Einzelheiten wie Figur 1,bei der jedoch das Rohrende 7 Dickenreduzierungen 11 zur Beeinflussung des Zerstörungskraftverlaufes aufweist, der hier progressiv ist.
In Figur 6 ist ein Rohrende 7 eines Faserverbundrohres dargestellt, das auf einen Anschlußstutzen 1 aufgeschoben ist. Das Rohrende 7 sitzt auf zwei Bunden 4,5 des Stutzens auf, zwischen denen der Stutzen 1 eine Außenverzahnung 2 aufweist. Ein Verbindungselement 8 greift formschlüssig in die Verzahnung 2 ein und steht mit der innenzylindrischen Oberfläche des Rohrendes 7 in haftschlüssiger Verbindung. In einigem Abstand vom Rohrende 7 weist der Stutzen 1 einen Axialanschlag 12 auf, der nach dem zunächst leichten Ablösen des Rohrendes 7 vom Stutzen 1 beim Auftreffen dessen Zerstörung bewirkt. Der Stutzen 1 weist ferner eine zentrale Entlüftungsbohrung 6 auf.
Figur 7 zeigt eine Verbindungsanordnung, in dem das Rohrende 7 eines Faserverbundrohres und ein mit einem Aufweitkonus 3 und einer Entlüftungsbohrung 6 versehener Rohrstutzen 1 gezeigt ist, dereine Außenverzahnung 2 aufweist. Im Rohrende 7 ist ein Verbindungselement 13 in Form einer separaten Hülse vorgesehen, das formschlüssig in die Verzahnung 2 eingreift und mit dem innenzylindrischen Rohrende 7 durch Klebung verbunden ist. Das als Hülse ausgebildete Verbindungselement 13 weist eine Trennstelle auf, die als Schlitzung 14 ausbildbar ist, eine partielle haftschlüssige Verbindung des Rohrstutzens 1 mit dem Rohrende 7 ermöglicht und die zugleich die Auftrennung durch den Aufweitkonus bei der Zerstörung des Rohrendes 7 erleichtert. Unter Verzicht auf diese Wirkung sind auch einfache, z. B. runde radiale Durchbrechnungen möglich. Ein Ringraum zwischen dem Verbindungselement 13 und dem Rohrende 7 gibt Plazfür ein mit beiden Teilen in haftschlüssiger Verbindung befindliches Klebervolumen.
In Figur 8 sind verschiedene Kraft-Zeit-Diagramme verschiedener Rohrenden 7, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut sind, im Vergleich mit dem Ende eines Rohres nach dem Stand der Technik dargestellt. Kurve „A" gibt den Zerstörungsverlauf eines Rohrendes 7 nach Figur 4 wieder, Kurve „B" gibt den Zerstörungsverlauf eines Rohrendes 7 nach Figur 5 wieder, Kurve „C" gibt den Zerstörungsverlauf eines Rohrendes 7 einer Anschlußverbindung nach Figur 6 wieder, während Kurve „D" die Zerstörung des Endes eines Rohres nach dem Stand der Technik, beispielsweise gemäß der US 4722717 wiedergibt.
Claims (16)
1. Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen, die miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Längswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rohrwelle zerstörungsfrei aufnehmbaren Druck- oder Knickkräfte in Axialrichtung größer sind als die in Längsrichtung wirksameng Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende (7) und dem Stutzen (1).
2. Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen, die miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Längswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rohrwelle zerstörungsfrei aufnehmbaren Druck- oder Knickkräfte in Axialrichtung größer sind als die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende (7) und dem Stutzen (1) und daß die Rohrwelle in Form einer Faserverbundwelle in Längsrichtung zur Darstellung axial veränderlicher Energieabsorption veränderliche Wanddicke durch zusätzliche Umfangswicklungen aufweist, und daß am Anschlußelement Mittel zur Zerstörung der Rohrwelle beim Aufschieben auf den Anschlußstutzen vorgesehen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung wirksamen Adhäsionskräfte zwischen dem Rohrende (7) und dem Stutzen (1) größer sind, als die bei zerstörungsfreiem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs im Bereich „Fußgängerschutz" und „Schutz bei kleiner Geschwindigkeit" an der Rohrwelle auftretenden Verzögerungskräfte in Axialrichtung.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (Deine Längsverzahnung (2) trägt, das Rohrende (7) eine zylindrische Gegenfläche hat und zumindest ein Verbindungselement (8,13) haftschlüssig mit dem Rohrende (7) verbunden ist und formschlüssig in eine Außenverzahnung (2) eingreift.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (1 leinen polygonförmigen Querschnitt hat, das Rohrende (7) eine zylindrische Gegenfläche hat und zumindest ein Verbindungselement (8,13) haftschlüssig mit dem Rohrende (7) verbunden ist und formschlüssig mit dem polygonförmigen Stutzen zusammenwirkt.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (13) ein mit dem Rohrende (7) verklebtes Hülsenelement ist.
7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (8) zwischen Rohrende (7) Stutzen zwischen zwei Bundbereichen in situ ausgeformt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (13) am Umfang aufgetrennt ist und an derzumindest einen Trennstelle eine haftschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen dem Stutzen (1) und der Oberfläche des Rohrendes (7) vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (1) in das Rohrende (7) eingeschoben ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende (7) am Anschlußelement ein Aufweitkonus (3) vorgesehen ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (1) das Rohrende (7) außen umgibt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende (7) am Anschlußelement ein Quetschkonus vorgesehen ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement eine Durchgangsöffnung hat.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Rohrende (7) am Anschlußelement zumindest ein Schneidkeil vorgesehen ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand zum Rohrende (7) am Anschlußelement ein Absatz (12) als Zerstörungsanschlag für das Rohrende (7) vorgesehen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verbindungselement (8,13) und der Verzahnung oder der Polygonform des Stutzens (Dein Trennmittel (9) vorgesehen ist.
Hierzu 8 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen dem Ende einer Rohrwelle, insbesondere aus Verbundwerkstoff und einem zum offenen Rohrende koaxial liegenden Anschlußelement mit einem Anschlußstutzen, die miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig im Eingriff befindliche Verbindungsmittel aufweisen, zur Verwendung in einer Längswelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.
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