可伸縮的驅(qū)動軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于機動車的驅(qū)動軸。
【背景技術(shù)】
[0002]在其發(fā)動機并不直接與被驅(qū)動的軸耦聯(lián)的機動車中，使用具有一個或多個聯(lián)桿的驅(qū)動軸，所述聯(lián)桿將發(fā)動機與軸傳動裝置耦聯(lián)，用以沿著車輛縱軸線進行轉(zhuǎn)矩傳遞。為了轉(zhuǎn)矩傳遞，這些軸大部分非常結(jié)實地構(gòu)成，例如構(gòu)成為由鋼制成的空心軸，但由于該結(jié)實且剛性結(jié)構(gòu)方式在碰撞情況下對于車輛的乘客和碰撞對方而言構(gòu)成了極大的傷害危險。不僅針對乘客保護而且針對碰撞對方的保護，對碰撞特性要求越來越嚴，因此需要也將驅(qū)動軸一同包含到碰撞方案中。
[0003]已知可伸縮的轉(zhuǎn)向柱，所述轉(zhuǎn)向柱在碰撞情況下可以疊縮，使得在碰撞時所述轉(zhuǎn)向柱并不侵入車內(nèi)。但也曾開發(fā)如下驅(qū)動軸，其不僅可以傳遞所要求的轉(zhuǎn)矩而且在超過限定的軸向力負荷時也能夠失效并且能夠伸縮式疊縮，例如帶有穿刺式聯(lián)桿(Durchsto β gelenk)的驅(qū)動軸。
[0004]此外，在DE 10 2009 009 682 A1中公開了一種纖維增強的聯(lián)桿軸，其具有兩個軸部段，所述軸部段通過過渡部段連接，所述過渡部段是給定斷裂部段，在超過極限壓力負荷時該給定斷裂部段斷裂。給定斷裂部段具有彎曲的橫截面。其中一個軸部段在此具有比其他軸部段小的直徑，使得所述其中一個軸部段在給定斷裂部段失效時能夠侵入到所述其他的軸部件中。
[0005]DE 101 04 547 A1也涉及一種軸向上可疊縮的驅(qū)動軸，其由唯一的材料件構(gòu)成，但所述材料件具有多個部段:第一軸部段和第二軸部段，它們通過給定斷裂部段連接。給定斷裂部段具有環(huán)繞的鼓起部，容納部段朝向其他軸向部段連接到所述鼓起部上，所述容納部段的直徑大于第一軸部段的直徑。在限定的軸向力負荷的情況下，鼓起部由于在鼓起部的邊緣纖維中出現(xiàn)彎曲力矩而開始形變，直至其失效并且材料黏著解離。第一軸部段現(xiàn)在可以運動到容納部段中，由此軸的總長度縮短。
[0006]最后在DE 37 25 959 A中已知一種由纖維增強的材料構(gòu)成的空心軸的連接，該空心軸在端側(cè)與栓耦聯(lián)。栓的直徑在此大于空心軸的內(nèi)直徑，因此空心軸被擴寬用以連接并且栓可以力鎖合地保持。在超過極限轉(zhuǎn)矩時，力鎖合的連接滑脫。
[0007]然而在已知的可伸縮的驅(qū)動軸中，解除力在沒有重新為軸體設計尺寸的情況下不能調(diào)節(jié)，因為解除力決定性地同樣由該軸體的幾何形狀和材料特性來確定。由于給定斷裂部段中的幾何形狀比較復雜，因此解除力的任何調(diào)整只能通過提高成本耗費來實現(xiàn)，因為為了給定斷裂部段的幾何形狀始終也必須制造用于生產(chǎn)的新模具，例如通過模鍛造或液壓成型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]基于該現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務在于，提出一種改進的驅(qū)動軸，該驅(qū)動軸可以疊縮并且可以由較不復雜的半成品形成。此外值得期望的是，該驅(qū)動軸能夠?qū)崿F(xiàn)在不更換主要軸部件的情況下設計解除力的大小并且與已知的可伸縮的驅(qū)動軸相比更為有利地制造所述驅(qū)動軸。
[0009]該任務通過具有權(quán)利要求1所述的特征的驅(qū)動軸來解決。該裝置的進一步擴展方案在從屬權(quán)利要求中予以介紹。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動軸在第一實施形式中具有至少一個外部軸部段，所述外部軸部段具有空心的端部部段，所述端部部段具有圓柱形內(nèi)橫截面；并且所述驅(qū)動軸具有至少一個內(nèi)部軸部段，所述內(nèi)部軸部段沿著第一沒入深度沒入到外部軸部段的空心端部中。軸部段在內(nèi)部軸部段的外壁與外部軸部段的內(nèi)壁之間的接觸面上沿著第一沒入深度材料鎖合地連接。材料鎖合的連接具有縱軸方向負荷能力，其小于預定的屈曲力，該屈曲力在驅(qū)動軸承受縱軸方向負荷時導致軸部段屈曲。在施加大于屈曲力的軸向力時內(nèi)部軸部段與第一沒入深度相比可以更深地沒入外部軸部段的空心端部中。
[0011]“負荷能力”在此表示粘合連接的總負荷能力，其導致所述粘合連接失效。為了獲得可承受足夠負荷的材料鎖合的連接，外部軸部段的空心圓柱形端部部段的內(nèi)橫截面沿著第一沒入深度與內(nèi)部軸部段的外橫截面相對應，而間隙寬度可與材料鎖合的連接的所使用的添加劑相匹配。工作轉(zhuǎn)矩最后通過在內(nèi)部軸部段與外部軸部段之間的環(huán)形間隙中的添加劑來傳遞。
[0012]通過根據(jù)本發(fā)明的解決方案可以由比較簡單的半成品例如圓柱形管構(gòu)建可伸縮的驅(qū)動軸，該驅(qū)動軸的解除力可以非常簡單且在不改變軸部段的幾何形狀的情況下來調(diào)節(jié)。導致材料鎖合的連接失效的力可以簡單地通過改變沒入深度、添加劑的強度和通過在內(nèi)部和外部軸部段之間的間隙寬度來確定。
[0013]在設計材料鎖合的連接時，要傳遞的轉(zhuǎn)矩合適地也被一起包含。然而，導致失效的力只應最多與會由于屈曲而導致較纖細的軸部段失效的力一樣高。通過合適地設計連接，在整個滑動路徑之上調(diào)節(jié)近似恒定的(或也預定的、例如與路徑有關(guān)的)力水平，使得為相關(guān)的碰撞負荷情況提供在整個車輛中最佳的特征曲線。用于軸疊縮的力優(yōu)選調(diào)節(jié)到40到80kN的范圍。根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動軸因此在碰撞時并不屈曲，而是在受到碰撞時出現(xiàn)軸向力負荷的情況下可以疊縮，由此可以降低車輛乘客以及碰撞對方的損傷危險。
[0014]在此，驅(qū)動軸可以與已知的可伸縮的驅(qū)動軸相比成本更為低廉地制造，因為為了實現(xiàn)不同的解除力可以始終使用相同的軸部段并且僅需改變材料鎖合的連接。由此，不僅可以降低構(gòu)造成本而且可以降低儲放成本。
[0015]軸部段的橫截面可以有利地為圓形，因為由此在扭轉(zhuǎn)負荷的情況下得到均勻的應力分布和良好的材料利用。
[0016]在另一實施形式中，一個軸部段或兩個軸部段可以至少沿著縱軸部段由纖維增強的材料構(gòu)成，其中纖維增強的塑料尤其是CFRP或GFRP是有利的。
[0017]當驅(qū)動軸由纖維增強的材料構(gòu)成時，能夠?qū)崿F(xiàn)已知的優(yōu)點，其涉及在減輕重量的情況下提高扭轉(zhuǎn)剛性以及在車輛整個系統(tǒng)中提高行駛動態(tài)性，因為必須加速的質(zhì)量更小。
[0018]所述的纖維類型并不應理解為限制性的，更確切地說在明顯合理時也可以使用其他纖維類型、例如芳綸纖維。也可以規(guī)定，軸部段僅沿著縱軸部段一一例如在其與相應的其他軸部段連接的部段中一一由纖維增強的材料構(gòu)成。
[0019]在又一種實施形式中，材料鎖合的連接可以是無纖維的連接，其中粘合連接或通過所述至少一個由纖維增強的材料制成的軸部段的基質(zhì)材料而形成的連接是有利的。
[0020]無纖維的連接是有利的，因為純材料的機械特性相比于纖維增強的材料可以更好地預測，因為在纖維增強的材料中，老化作用通常使機械特性隨時間而改變。這樣，驅(qū)動軸的解除力可以足夠精確地設計大小并且由此可以得出，所設計的“解除力”即使在長使用持續(xù)時間之后仍不顯著改變。無纖維的連接的預測機制也是不同的，這樣例如在失效之后不會產(chǎn)生鋒利的斷裂邊緣和敞開的纖維端部，這尤其在循環(huán)使用中也可以降低損傷風險。
[0021]根據(jù)另一種實施形式，由纖維增強的材料構(gòu)成的軸部段可以展現(xiàn)出纖維定向，在該纖維定向中纖維相對于縱軸線成在25°到70°范圍內(nèi)的角度；在35°到55°的范圍內(nèi)的角度也變得有利，并且40°到50°的范圍被視為特別有利。
[0022]所描述的纖維定向在驅(qū)動軸承受扭轉(zhuǎn)負荷時是有利的，因為纖維的縱軸線由此符合力流規(guī)律地定向。為了更好地承受交變的扭轉(zhuǎn)負荷，纖維也可以交叉地布置。這種纖維材料軟管例如可以通過擠拉成型來制造并且可良好地自動化。同樣，也可以使用預浸或預成型。
[0023]當應實現(xiàn)恒定的外直徑或必須利用在負荷水平和運行特性調(diào)節(jié)方面的其他調(diào)節(jié)參數(shù)時，也可以分級地在各個纖維層之間實現(xiàn)給定斷裂面。這意味著:在管狀軸部段之內(nèi)多個纖維層通過相應布置在其間的無纖維的粘合面或無纖維的基質(zhì)區(qū)域彼此分開。于是在碰撞情況下，不帶纖維復合物(例如由粘合劑或基質(zhì)構(gòu)成)的區(qū)域按規(guī)定方式失效，并且這兩個管半部首先移動到相互疊置并且在相應的運行長度上套在一起。優(yōu)選地，最后負荷水平受控地升高。重要的是，聯(lián)桿軸應按照盡可能恒定的且明確限定的力水平來屈服。該力的水平優(yōu)選在40到80kN的值范圍內(nèi)，特別優(yōu)選為50或80kN。
[0024]此外，可以同軸地通過內(nèi)部軸部段引導第二內(nèi)部軸部段，第二內(nèi)部軸部段沿著縱軸部段與內(nèi)部軸部段連接。在外部軸部段的空心端部區(qū)域與第二內(nèi)部軸部段的對置的端部之間存在預定的縱軸方向伸展尺寸的第一環(huán)繞的間隙，其用作用于外部軸部段的止擋。
[0025]術(shù)語“端部”在此應相對于軸部段的縱軸方向伸展尺寸來理解，使得環(huán)繞的間隙位于所述兩個軸部段的對置的端面之間。由此，獲得如下驅(qū)動軸，其近似在整個長度上都具有恒定的外橫截面，僅在環(huán)繞的間隙的位置處，驅(qū)動軸具有較小的橫截面。有利地，在該實施形式中，驅(qū)動軸的最大疊縮路徑也可以通過環(huán)繞的間隙的縱軸方向伸展尺寸來限制，因為所述環(huán)繞的間隙在移動時用作止擋。
[0026]此外，也可以同軸地通過外部軸部段引導第二外部軸部段，第二外部軸部段至少沿著縱軸部段與外部軸部段連接。第二外部軸部段沿著第二沒入深度材料鎖合地與第二內(nèi)部軸部段連接。材料鎖合的連接具有縱軸方向的負荷能力，所述負荷能力小于預定的屈曲力，該屈曲力在驅(qū)動軸承受縱軸方向負荷的情況下導致第二軸部段屈曲。在施加大于屈曲力的軸向力時，第二內(nèi)部軸部段與第二沒入深度相比可以更深地沒入第二外部軸部段中。
[0027]在該實施形式中，在此又一次制造如根據(jù)權(quán)利要求1所限定的布置結(jié)構(gòu)并且所述布置結(jié)構(gòu)在徑向外部在驅(qū)動軸之上移動。由此可以傳遞更高的轉(zhuǎn)矩并且在材料鎖合的連接失效時的軸向力可以選擇得更高，因為該軸向力現(xiàn)在僅分布到兩個材料鎖合的連接上。當涉及由纖維增強的塑料制成的軸部段時，驅(qū)動軸可以根據(jù)該實施形式簡單地通過“堆疊”和接著層壓各個軸坯來制造。
[0028]根據(jù)又一種實施形式，通過第二內(nèi)部軸部段和第二外部軸部段可以引導預定數(shù)目的另外的內(nèi)部軸部段和/或外部軸部段。在第η個內(nèi)部軸部段和第(η-1)個外部軸部段的對置的端部之間分別存在第η個環(huán)繞的間隙，該間隙具有預定的縱軸方向伸展尺寸。
[0029]