技术领域
背景技术
[0002] 在其
发动机并不直接与被驱动的轴耦联的机动车中，使用具有一个或多个联杆的驱动轴，所述联杆将发动机与轴传动装置耦联，用以沿着车辆纵轴线进行转矩传递。为了转矩传递，这些轴大部分非常结实地构成，例如构成为由
钢制成的空
心轴，但由于该结实且刚性结构方式在碰撞情况下对于车辆的乘客和碰撞对方而言构成了极大的伤害危险。不仅针对乘客保护而且针对碰撞对方的保护，对碰撞特性要求越来越严，因此需要也将驱动轴一同包含到碰撞方案中。
[0003] 已知可伸缩的
转向柱，所述转向柱在碰撞情况下可以叠缩，使得在碰撞时所述转向柱并不侵入车内。但也曾开发如下驱动轴，其不仅可以传递所要求的转矩而且在超过限定的轴向
力负荷时也能够失效并且能够伸缩式叠缩，例如带有穿刺式联杆(Durchstoβgelenk)的驱动轴。
[0004] 此外，在DE 10 2009 009 682 A1中公开了一种
纤维增强的联杆轴，其具有两个轴部段，所述轴部段通过过渡部段连接，所述过渡部段是给定断裂部段，在超过极限压力负荷时该给定断裂部段断裂。给定断裂部段具有弯曲的横截面。其中一个轴部段在此具有比其他轴部段小的直径，使得所述其中一个轴部段在给定断裂部段失效时能够侵入到所述其他的轴部件中。
[0005] DE 101 04 547 A1也涉及一种轴向上可叠缩的驱动轴，其由唯一的材料件构成，但所述材料件具有多个部段：第一轴部段和第二轴部段，它们通过给定断裂部段连接。给定断裂部段具有环绕的鼓起部，容纳部段朝向其他轴向部段连接到所述鼓起部上，所述容纳部段的直径大于第一轴部段的直径。在限定的轴向力负荷的情况下，鼓起部由于在鼓起部的边缘纤维中出现弯曲力矩而开始形变，直至其失效并且材料黏着解离。第一轴部段现在可以运动到容纳部段中，由此轴的总长度缩短。
[0006] 最后在DE 37 25 959 A中已知一种由纤维增强的材料构成的空心轴的连接，该空心轴在端侧与栓耦联。栓的直径在此大于空心轴的内直径，因此空心轴被扩宽用以连接并且栓可以力
锁合地保持。在超过极限转矩时，力锁合的连接滑脱。
[0007] 然而在已知的可伸缩的驱动轴中，解除力在没有重新为轴体设计尺寸的情况下不能调节，因为解除力决定性地同样由该轴体的几何形状和材料特性来确定。由于给定断裂部段中的几何形状比较复杂，因此解除力的任何调整只能通过提高成本耗费来实现，因为为了给定断裂部段的几何形状始终也必须制造用于生产的新模具，例如通过
模锻造或
液压成型。
发明内容
[0008] 基于该
现有技术，本发明的任务在于，提出一种改进的驱动轴，该驱动轴可以叠缩并且可以由较不复杂的半成品形成。此外值得期望的是，该驱动轴能够实现在不更换主要轴部件的情况下设计解除力的大小并且与已知的可伸缩的驱动轴相比更为有利地制造所述驱动轴。
[0009] 该任务通过具有
权利要求1所述的特征的驱动轴来解决。该装置的进一步扩展方案在
从属权利要求中予以介绍。
[0010] 根据本发明的驱动轴在第一实施形式中具有至少一个外部轴部段，所述外部轴部段具有空心的端部部段，所述端部部段具有圆柱形内横截面；并且所述驱动轴具有至少一个内部轴部段，所述内部轴部段沿着第一没入深度没入到外部轴部段的空心端部中。轴部段在内部轴部段的外壁与外部轴部段的内壁之间的
接触面上沿着第一没入深度材料锁合地连接。材料锁合的连接具有纵轴方向负荷能力，其小于预定的屈曲力，该屈曲力在驱动
轴承受纵轴方向负荷时导致轴部段屈曲。在施加大于屈曲力的轴向力时内部轴部段与第一没入深度相比可以更深地没入外部轴部段的空心端部中。
[0011] “负荷能力”在此表示粘合连接的总负荷能力，其导致所述粘合连接失效。为了获得可承受足够负荷的材料锁合的连接，外部轴部段的空心圆柱形端部部段的内横截面沿着第一没入深度与内部轴部段的外横截面相对应，而间隙宽度可与材料锁合的连接的所使用的添加剂相匹配。工作转矩最后通过在内部轴部段与外部轴部段之间的环形间隙中的添加剂来传递。
[0012] 通过根据本发明的解决方案可以由比较简单的半成品例如圆柱形管构建可伸缩的驱动轴，该驱动轴的解除力可以非常简单且在不改变轴部段的几何形状的情况下来调节。导致材料锁合的连接失效的力可以简单地通过改变没入深度、添加剂的强度和通过在内部和外部轴部段之间的间隙宽度来确定。
[0013] 在设计材料锁合的连接时，要传递的转矩合适地也被一起包含。然而，导致失效的力只应最多与会由于屈曲而导致较纤细的轴部段失效的力一样高。通过合适地设计连接，在整个滑动路径之上调节近似恒定的(或也预定的、例如与路径有关的)力
水平，使得为相关的碰撞负荷情况提供在整个车辆中最佳的特征曲线。用于轴叠缩的力优选调节到40到80kN的范围。根据本发明的驱动轴因此在碰撞时并不屈曲，而是在受到碰撞时出现轴向力负荷的情况下可以叠缩，由此可以降低车辆乘客以及碰撞对方的损伤危险。
[0014] 在此，驱动轴可以与已知的可伸缩的驱动轴相比成本更为低廉地制造，因为为了实现不同的解除力可以始终使用相同的轴部段并且仅需改变材料锁合的连接。由此，不仅可以降低构造成本而且可以降低储放成本。
[0015] 轴部段的横截面可以有利地为圆形，因为由此在扭转负荷的情况下得到均匀的
应力分布和良好的材料利用。
[0016] 在另一实施形式中，一个轴部段或两个轴部段可以至少沿着纵轴部段由纤维增强的材料构成，其中纤维增强的塑料尤其是CFRP或GFRP是有利的。
[0017] 当驱动轴由纤维增强的材料构成时，能够实现已知的优点，其涉及在减轻重量的情况下提高扭转刚性以及在车辆整个系统中提高行驶动态性，因为必须
加速的
质量更小。
[0018] 所述的纤维类型并不应理解为限制性的，更确切地说在明显合理时也可以使用其他纤维类型、例如芳纶纤维。也可以规定，轴部段仅沿着纵轴部段——例如在其与相应的其他轴部段连接的部段中——由纤维增强的材料构成。
[0019] 在又一种实施形式中，材料锁合的连接可以是无纤维的连接，其中粘合连接或通过所述至少一个由纤维增强的材料制成的轴部段的基质材料而形成的连接是有利的。
[0020] 无纤维的连接是有利的，因为纯材料的机械特性相比于纤维增强的材料可以更好地预测，因为在纤维增强的材料中，老化作用通常使机械特性随时间而改变。这样，驱动轴的解除力可以足够精确地设计大小并且由此可以得出，所设计的“解除力”即使在长使用持续时间之后仍不显著改变。无纤维的连接的预测机制也是不同的，这样例如在失效之后不会产生锋利的断裂边缘和敞开的纤维端部，这尤其在循环使用中也可以降低损伤
风险。
[0021] 根据另一种实施形式，由纤维增强的材料构成的轴部段可以展现出纤维定向，在该纤维定向中纤维相对于纵轴线成在25°到70°范围内的
角度；在35°到55°的范围内的角度也变得有利，并且40°到50°的范围被视为特别有利。
[0022] 所描述的纤维定向在驱动轴承受扭转负荷时是有利的，因为纤维的纵轴线由此符合力流规律地定向。为了更好地承受交变的扭转负荷，纤维也可以交叉地布置。这种纤维材料软管例如可以通过挤拉成型来制造并且可良好地自动化。同样，也可以使用预浸或预成型。
[0023] 当应实现恒定的外直径或必须利用在负荷水平和运行特性调节方面的其他调节参数时，也可以分级地在各个纤维层之间实现给定断裂面。这意味着：在管状轴部段之内多个纤维层通过相应布置在其间的无纤维的粘合面或无纤维的基质区域彼此分开。于是在碰撞情况下，不带纤维复合物(例如由
粘合剂或基质构成)的区域按规定方式失效，并且这两个管半部首先移动到相互叠置并且在相应的运行长度上套在一起。优选地，最后负荷水平受控地升高。重要的是，联杆轴应按照尽可能恒定的且明确限定的力水平来屈服。该力的水平优选在40到80kN的值范围内，特别优选为50或80kN。
[0024] 此外，可以同轴地通过内部轴部段引导第二内部轴部段，第二内部轴部段沿着纵轴部段与内部轴部段连接。在外部轴部段的空心端部区域与第二内部轴部段的对置的端部之间存在预定的纵轴方向伸展尺寸的第一环绕的间隙，其用作用于外部轴部段的止挡。
[0025] 术语“端部”在此应相对于轴部段的纵轴方向伸展尺寸来理解，使得环绕的间隙位于所述两个轴部段的对置的端面之间。由此，获得如下驱动轴，其近似在整个长度上都具有恒定的外横截面，仅在环绕的间隙的
位置处，驱动轴具有较小的横截面。有利地，在该实施形式中，驱动轴的最大叠缩路径也可以通过环绕的间隙的纵轴方向伸展尺寸来限制，因为所述环绕的间隙在移动时用作止挡。
[0026] 此外，也可以同轴地通过外部轴部段引导第二外部轴部段，第二外部轴部段至少沿着纵轴部段与外部轴部段连接。第二外部轴部段沿着第二没入深度材料锁合地与第二内部轴部段连接。材料锁合的连接具有纵轴方向的负荷能力，所述负荷能力小于预定的屈曲力，该屈曲力在驱动轴承受纵轴方向负荷的情况下导致第二轴部段屈曲。在施加大于屈曲力的轴向力时，第二内部轴部段与第二没入深度相比可以更深地没入第二外部轴部段中。
[0027] 在该实施形式中，在此又一次制造如根据权利要求1所限定的布置结构并且所述布置结构在径向外部在驱动轴之上移动。由此可以传递更高的转矩并且在材料锁合的连接失效时的轴向力可以选择得更高，因为该轴向力现在仅分布到两个材料锁合的连接上。当涉及由纤维增强的塑料制成的轴部段时，驱动轴可以根据该实施形式简单地通过“堆叠”和接着
层压各个轴坯来制造。
[0028] 根据又一种实施形式，通过第二内部轴部段和第二外部轴部段可以引导预定数目的另外的内部轴部段和/或外部轴部段。在第n个内部轴部段和第(n-1)个外部轴部段的对置的端部之间分别存在第n个环绕的间隙，该间隙具有预定的纵轴方向伸展尺寸。
[0029] 通过近似根据俄罗斯套娃原理在径向外部还将另外的轴部段“堆叠”在第二轴部段上，可以有针对性地设计最大可传递的转矩以及轴的阻尼特性，其中，阻尼特性决定性地通过环形间隙中的添加剂的特性来确定。然而，通过第n个内部轴部段进入第n个外部轴部段中的没入深度以及材料锁合连接的强度被一起包含到设计中也可以设计导致材料锁合的连接的“解除”的轴向力的大小。也可以规定，最高“级别”的轴部段是一内部轴部段，所述内部轴部段并未在相同级别的外部轴部段中被引导，即近似形成补偿套筒。该补偿套筒的外横截面可以特别有利地对应于纵轴线对置布置的外部轴部段的外横截面，因为这样可以获得除了其间的环绕的间隙之外具有恒定的外横截面的驱动轴。
附图说明
[0030] 这些和其他优点通过如下参照所附的附图的描述而呈现。在
说明书中对附图的参考用于辅助对主题的描述并便于理解主题。基本上相同或相似的主题或主题的部件可以配设有相同的附图标记。这些附图仅为本发明的
实施例的示意图。
[0031] 图中：
[0032] 图1示出可叠缩的驱动轴的纵剖面，
[0033] 图2示出另一可叠缩的驱动轴的纵剖面。
具体实施方式
[0034] 在图1中示出了根据本发明的驱动轴1的简单的造型。内部轴部段12沿着没入深度L1引入到外部轴部段11中。可看到的是，内部轴部段12的外直径D2小于外部轴部段11的内直径D1，因此在其间存在环形间隙12'。这两个轴部段11、12至少在其交错引导的端部上是圆柱形的，其中，轴部段11、12在端部部段之外可以具有其他形状，其自然也可以在整个长度上是圆柱形的。尤其是，横截面可以是圆形的，因为在扭转负荷的情况下利用圆形的横截面得到最好的材料利用。沿着环形间隙12'，这两个轴部段11、12材料锁合地连接，从而可以通过该连接传递工作转矩。可传递的工作转矩的大小可以在保持这两个轴部段11、12的尺寸的情况下仅通过改变没入深度L1和通过在环形间隙12'中材料锁合的连接的强度来调节。材料锁合的连接可以通过使用添加剂例如粘合剂来实现。当轴部段11、12是FRP管时，则添加剂也可以是FRP管的基质塑料，因为已知的是，其良好地与轴部段11、12材料锁合地连接。
[0035] 如果驱动轴1承受轴向力的负荷，例如在碰撞时，则在环形间隙12'中材料锁合的连接在超过极限力的情况下失效。极限力可以通过上文所描述的可能性来设计大小并且仅应选择得这样大，使得确保没有任何轴部段11、12由于屈曲而失效，因为这提高损伤危险。在材料锁合的连接失效之后，内部轴部段12可以侵入外部轴部段11中；当涉及管时，侵入路径原则上不受限。然而也可考虑的是，仅外部轴部段11的容纳内部轴部段12的端部部段是空心的并且其余部分是实心轴，于是侵入路径受限，然而这在该图中未示出。在这样的情况下，甚至可能有利的是，在到达该止挡之后其他
能量由于FRP轴部段的碰撞而减小。有利地，轴部段可以由FRP通过挤拉成型来制造，其中纤维尤其例如可以符合负荷流规律地以±45°的角度布置，但这在图1中不可看出。
[0036] 但根据本发明的驱动轴1不仅提供了如下优点：其在碰撞情况下可以叠缩，更确切而言也可以通过环形间隙12'中的材料锁合的连接的设计来限制最大可传递的转矩，这例如在传动系在行驶期间突然卡住时是有利的，因为可以有效地防止被驱动的轴的有危险的卡住，因为驱动轴1近似用作滑动
离合器。
[0037] 在图2中以纵剖面示出了驱动轴1的另一实施形式。具有内部轴部段12和外部轴部段11的基本结构对应于图1中所示的驱动轴1。
[0038] 为了能够传递较大的转矩，或为了获得在环形间隙中材料锁合的连接的较大的解除力，通过在图1中已知的内部和外部轴部段11、12(其在此形成第一轴部段)之上向外布置另外的内部和外部轴部段14、15、16。在内部轴部段12上引导第二内部轴部段14，所述第二内部轴部段的内横截面与第一内部轴部段12的外横截面相对应，而这两个轴部段12、14彼此连接。在第二内部轴部段14和第一外部轴部段11的对置的端面之间存在环绕的间隙18，所述间隙在轴1的纵向方向上延伸。间隙17在材料锁合的连接12'失效之后限定第一内部轴部段12和第一外部轴部段11的最大移动路径。在更外部，第二外部轴部段15与第一外部轴部段11连接，第一外部轴部段沿着预定的没入深度L2在第二级的内部轴部段
14之上移动，第一外部轴部段与第二级的内部轴部段在长度L2上材料锁合地连接。在环形间隙14'中的材料锁合的连接附加于在环形间隙12'中材料锁合的连接而有助于驱动轴1的力和转矩传递。在驱动轴1叠缩之前，在轴的该实施形式中，在环形间隙12'、14'中的两个材料锁合的连接必须已失效，而最大可叠缩的路径除了环绕的间隙17之外还受第二环绕的间隙18限制。环绕的间隙18以长度L4沿着纵轴线延伸并且处于第二外部轴部段15的和第三内部轴部段16的对置的端面之间，所述第三内部轴部段在第二内部轴部段14之上成条带状作为套筒16。通过套筒16实现驱动轴1在其整个长度上近似具有相同的外直径，其中，外直径仅通过环绕的间隙18“中断”。
