Die Erfindung betrifft eine Abstützeinrichtung für eine Kar¬ danwelle eines Kraftfahrzeugs.

Im Crashfall eines Kraftfahrzeugs stellt die Kardanwelle ein in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs orientiertes Bauteil dar, welches mit einer Crashverformung des Kraftfahrzeuges Ver¬ schiebungen, beispielsweise infolge von Spielen der Kardan¬ welle, elastischen Verformungen und plastischen Verformungen ausgesetzt wird. Während derartige Änderungen der Geometrie der Kardanwelle in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs hingenom¬ men werden oder erwünscht sind, da hierdurch Verformungsener¬ gie aufgenommen werden kann, ist ein seitliches Ausknicken der Kardanwelle, zumindest in Teilrichtungen quer zur Längs¬ achse der Kardanwelle, unerwünscht.

Aus der DE 41 13 709 C2 ist ein Verformungselement für eine Kardanwelle bekannt, bei dem Verformungsenergie durch einen "Umstülpvorgang" eines röhrförmigen Abschnittes aufgenommen wird. Ein seitliches Ausknicken der Kardanwelle während des Umstülpvorganges wird dadurch vermieden, dass ein zylindri¬ scher Fortsatz eines Rohrteils auf einer Seite der Umstülp¬ stelle radial innenliegend von einem Rohrteil auf der anderen Seite der Umstülpstelle geführt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative oder zusätzliche Abstützeinheit für eine Kardan- welle eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welcher ei¬ ne geeignete Beeinflussung des Ausknickverhaltens der Kardan¬ welle erfolgen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist in der Abstützeinrichtung ein Lagerbock vorgesehen, der fest mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Beispielsweise ist der Lagerbock fest an die Unterseite der Karosserie oder eines Trägers des Kraftfahr¬ zeugs angeschraubt oder angeschweißt.

Ein Wellenabschnitt der Kardanwelle tritt unter Ausbildung eines radialen Spiels durch eine Ausnehmung des Lagerbockes hindurch. Bei dem Wellenabschnitt der Kardanwelle kann es sich um ein beliebiges Teil der Kardanwelle handeln. Die Aus¬ nehmung des Lagerbockes kann in beliebige Richtung, bei¬ spielsweise in Richtung der Längsachse des Wellenabschnittes oder quer zu der Längsachse des Wellenabschnittes orientiert sein. Das sich ausbildende radiale Spiel kann sich über die gesamte Umfangsflache des Wellenabschnittes ergeben mit in Umfangsrichtung gleicher oder unterschiedlicher Größe des Spiels. Weiterhin kann das Spiel lediglich über einen Teil der Umfangsflache vorliegen, während sich der Wellenabschnitt mindestens in eine andere Richtung frei bewegen kann. Bei¬ spielsweise kann ein Ausknicken der Kardanwelle in Richtung der Fahrbahn unter Umständen akzeptiert werden, während es in Richtung des Fahrgastzelle und/oder parallel zum Unterboden nur begrenzt akzeptiert wird, so dass der Lagerbock nur in die letztgenannten Richtungen wirksam werden kann. Vorzugs¬ weise umgibt de Lagerbock die gesamte Umfangsflache.

Der Lagerbock besitzt eine (oder mehrere) Anlagefläche (n) . An der Anlagefläche kommt der Wellenabschnitt im Crashfall zur Vermeidung eines Ausknickens der Kardanwelle nach einer Über¬ windung des Spiels zur Anlage. Erfindungsgemäß beeinflusst somit der Lagerbock den Betrieb des Kraftfahrzeugs und die Lagerbedingungen der Kardanwelle während eines normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht. Auch in einem Crashfall kommt der Lagerbock dann nicht zur Wirkung, wenn ein Ausknicken des Wellenabschnittes ohnehin nicht eintritt. In diesem Fall kann somit vermieden werden, dass sich zwischen Lagerbock und Wellenabschnitt Kontakt-, Reib- oder Klemmkräfte ergeben, welche das Verformungsverhal¬ ten der Kardanwelle negativ beeinflussen können.

Kommt es allerdings, beispielsweise infolge der vorliegenden Crashbedingungen, zu einem beginnenden Ausknicken der Kardan¬ welle, so begrenzt der Lagerbock das Ausknicken entsprechend dem vorgegebenen radialen Spiel. Nach Überwinden des Spiels tritt eine Veränderung der Lagerbedingungen ein, die ein wei¬ teres Ausknicken, insbesondere im Bereich des Lagerbockes, zunächst oder vollständig verhindert. Ist die Ausnehmung in radialer Richtung teilweise offen, so kann ein Ausknicken in diese Richtung hingenommen werden, während durch den Lager¬ bock ein Ausknicken in andere Richtungen vermieden ist. Wei¬ terhin kann bei einer Variation des radialen Spiels in Um- fangsrichtung ein Wirksamwerden des Lagerbockes für unter¬ schiedliche radiale Ausknickungen vorgegeben werden.

Mit einem unerwünschten Ausknicken fällt die von der Kardan¬ welle aufnehmbare Verformungsenergie (radikal) ab, was zu ei¬ nem nichtlinearen Steifigkeitsverhalten in Längsrichtung füh¬ ren kann. Durch Wirksamwerden des Lagerbockes nach Überwin¬ dung des radialen Spiels kann ein derartiger Abfall der auf¬ zunehmenden Verformungsenergie und der Steifigkeit der Kar¬ danwelle in Längsrichtung vermieden werden.

Weiterhin ist es möglich, dass die Änderungen der Randbedin¬ gungen der Kardanwelle durch ein Wirksamwerden des Lagerbo¬ ckes gezielt eingesetzt werden, um eine progressive Steifig¬ keit der Kardanwelle in Längsrichtung hervorzurufen: durch die zusätzliche Abstützstelle der Kardanwelle gegenüber dem Lagerbock ergeben sich veränderte Randbedingungen, die zu ei¬ nem anderen Knickfall führen, welcher beispielsweise kürzere wirksame Knicklängen beinhaltet und demgemäß zu einer höheren Steifigkeit in Längsrichtung sowie einer höheren kritischen Knicklast führt.

Neben der vorgenannten Möglichkeit der Überwindung des radia¬ len Spiels durch einen geringfügig einsetzenden Knickvorgang kann, beispielsweise im Zuge eines Ausgleichs von Spielen der Kardanwelle im Crashfall oder plastischen oder elastischen Verformungen der Kardanwelle, ein Bereich größeren Durchmes¬ sers des Wellenabschnittes der Kardanwelle in die Ausnehmung des Lagerbockes eintreten und zur Anlage an der Anlagefläche kommen.

Weiterhin ist es denkbar, dass das Spiel überwunden wird in¬ folge einer Verschiebung eines Anlenkpunktes der Kardanwelle, beispielsweise infolge einer Veränderung der relativen Lage des Antriebsaggregates gegenüber einem hinteren Anlenkpunkt der Kardanwelle.

Ebenfalls möglich ist, dass sich ein Kontakt zwischen Lager¬ bock und Wellenabschnitt aus einer Überlagerung

eines einsetzenden Ausknickvorgangs, einer Durchmesseränderung des in dem Lagerbock angeord¬ neten Wellenabschnittes und/oder einer Verschiebung eines Anlenkpunktes der Kardanwelle

ergibt.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist die Aus¬ nehmung ungefähr in Richtung der Längsachse des Wellenab¬ schnittes orientiert. Eine die Ausnehmung begrenzende Mantel¬ fläche umgibt mit einer Anlagefläche den Wellenabschnitt vollständig, insbesondere mit einem Spalt gleicher oder un- terschiedlicher Spalthöhe. Bei exzentrischer Montage von La¬ gerbock und Wellenabschnitt kann auf besonders einfache Weise eine über den Umfang variierende Höhe des Spaltes erzielt werden. Hierdurch ergeben sich besonders definierte Lagerbe¬ dingungen für die Kardanwelle im Crashfall.

Vorzugsweise ist die Ausnehmung des Lagerbockes in Längsrich¬ tung trichterförmig ausgebildet. Während einer Verformung der Kardanwelle im Crashfall dient die trichterförmige Ausbildung der Ausnehmung einer Führung des Wellenabschnittes. Durch die trichterförmige Ausbildung können sich vergrößerte führende Anlageflächen ergeben, wodurch Spannungsspitzen im Bereich des Lagerbockes einerseits, aber auch im Bereich der Mantel¬ fläche des Wellenabschnittes vermieden werden können, die un¬ erwünschte Beschädigungen des Querschnittes des Wellenab¬ schnittes und damit ein unerwünschtes mechanisches Versagen des Wellenabschnittes zur Folge haben könnten.

Eine weitere erfindungsgemäße Abstützeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung größer ist als der größte Querschnitt eines im Crashfall durch den Lagerbock hindurchtretenden Wellenbereiches. Auf diese Weise ist dafür Sorge getragen, dass in einem Crashfall, bei dem (zunächst) kein Ausknicken der Kardanwelle erfolgt, der La¬ gerbock das Verformungsverhalten der Kardanwelle nicht beein- flusst.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kommt nach einer definierten Verschiebung des Wellenabschnittes im Crashfall ein Teilbereich des Wellenabschnittes in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock. Auf diese Weise kann gezielt das (a- xiale) Steifigkeitsverhalten der Kardanwelle beeinflusst wer¬ den. Kommt der Wellenabschnitt in axialer Richtung zur Anlage an den Lagerbock, so werden weitere Relatiwerschiebungen zwischen Lagerbock und Wellenabschnitt vermieden. Weitere Verschiebungen des Wellenabschnittes sind dann nur noch mög¬ lich, wenn die Karosserie, an die der Lagerbock angebunden — G —

ist, ebenfalls verformt wird. Hiermit wird mit einer Herstel¬ lung der axialen Anbindung des Wellenabschnittes an den La¬ gerbock eine sprunghafte Erhöhung der Steifigkeit der Kardan¬ welle in axialer Richtung wirksam.

Als ein Material, welches sich hinsichtlich der Herstellung, der Herstellungskosten, des Gewichtes und der mechanischen Eigenschaften besonders gut für den Lagerbock eignet, hat sich Aluminium bewährt.

Nach einem besonderen Vorschlag der vorliegenden Erfindung ist der Lagerbock multifunktional ausgebildet: neben den vor¬ genannten Funktionen dient der Lagerbock weiterhin als Wel¬ lenlager für eine Lagerung des Wellenabschnittes während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs. Die Funktionsflächen des Lagerbockes für die unterschiedlichen Funktionen sind hierbei insbesondere in axialer Richtung gegeneinander ver¬ setzt. Eine derartige multifunktionale Ausbildung hat Vortei¬ le hinsichtlich der Herstellung, der Montage, des Gewichtes und der Bauteilvielfalt. Im Gegensatz zu einer separaten Aus¬ bildung für die einzelnen Funktionen ist weiterhin für die multifunktionale Ausbildung die relative Lage für ein Lager¬ gehäuse des Wellenlagers sowie ein Lagergehäuse des Lagerbo¬ ckes zur Vermeidung eines Ausknickens automatisch festgelegt. Während eines Crashfalles kann zusätzlich zu der Anlagefläche des Lagerbockes das Wellenlager das Ausknickverhalten beein¬ flussen. Möglich ist weiterhin, dass die Anbindung des Wel¬ lenlagers an den Lagerbock bzw. den Wellenabschnitt zu Beginn oder während des Crashvorgangs automatisiert gelöst wird, so dass lediglich die Anlagefläche des Lagerbockes das Verfor¬ mungsverhalten der Kardanwelle beeinflusst.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abstützein¬ richtung weist das Wellenlager einen Faltenkörper aus einem Elastomermaterial auf. Der Faltenkörper nimmt radial innen¬ liegend ein Wälzlager auf und ist radial außenliegend (unmit¬ telbar oder mittelbar) gegenüber dem Lagerbock abgestützt. Mittels eines derartigen Faltenkörpers aus einem Elastomerma¬ terial kann eine besonders geeignet isotrope oder anisotrope Lagerung bereitgestellt werden. Weiterhin kann ein derartiger Faltenkörper eine (begrenzte) axiale und/oder radiale Ver¬ schiebung des Wellenlagers mit dem Wellenabschnitt in dem Crashfall ermöglichen. Beispielsweise ist es zusätzlich mög¬ lich, dass nach Überwinden einer begrenzten axialen und/oder radialen Verschiebung des Faltenkörpers der Faltenkörper zer¬ reißt, so dass die Verbindung zwischen Wellenabschnitt über das Wellenlager zu dem Lagerbock gelöst wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merk¬ male sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geo¬ metrien der Bauteile, den relativen Abmessungen mehrerer dar¬ gestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirk¬ verbindungen miteinander, zu entnehmen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung naher er¬ läutert . In der Zeichnung zeigt :

Fig. 1 einen ersten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 einen zweiten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Abstützeinrichtung,

Fig. 3 einen dritten Teillängsschnitt einer Kardanwelle für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Abstützeinrichtung in vergrö¬ ßerter Teilansicht und Fig. 5 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäß ein- setzbaren Lagerbockes.

Eine Kardanwelle 10 für ein Kraftfahrzeug besitzt eine An¬ triebswelle 11, eine Zwischenwelle 12 und eine Abtriebswelle 13, die in der vorgenannten Reihenfolge zwischen ein Getriebe des Kraftfahrzeugs und ein Achsverteilergetriebe antriebsmä¬ ßig zwischengeschaltet sind. Die Antriebswelle 11 ist über ein Gelenk 14 mit der Zwischenwelle 12 antriebsmäßig unter Gewährleistung einer Verschwenkung verbunden. Die Zwischen¬ welle 12 ist mit der Abtriebswelle 13 über ein Gelenk 15 zur Ermöglichung einer relativen Verschwenkung verbunden. Um eine detaillierte Darstellung zu ermöglichen, sind in den Fig. 1 bis 3 jeweils axiale Teilbereiche der Kardanwelle 10 darge¬ stellt.

Gemäß Fig. 1 besitzt die Antriebswelle 11 in dem dem Getriebe zugeordneten Endbereich einen sich radial erstreckenden Flansch 16, über den die Antriebswelle 11 unter Zwischen¬ schaltung einer Gelenkscheibe 17 über Schrauben 18 an eine nicht dargestellte Getriebeausgangswelle angebunden ist. Die Antriebswelle 11 ist hohl und im Wesentlichen rohrfδrmig aus¬ gebildet. Zur Vereinfachung der Fertigung der Antriebswelle 11 ist ein rohrförmiger Fortsatz 19 des Flansches 16 über ei¬ ne Reibschweißung 20 mit einem hohlen, rohrförmigen Antriebs¬ wellenkörper 21 formschlüssig verbunden.

Der Antriebswellenkδrper 21 geht über eine Querschnittserwei¬ terung 22 in eine Aufweitung 23 über, die über einen axialen Teilbereich einen konstanten Durchmesser aufweist. Die Auf¬ weitung 23 geht in einem Umstülpbereich 24 wieder in den ur¬ sprünglichen Durchmesserbereich des Antriebswellenkörpers 21 über.

Auf der dem Umstülpbereich 24 abgewandten Seite ist fest in dem Antriebswellenkörper 21 ein rohrfδrmiges Führungselement 25 vorgesehen, welches in die Aufweitung 23 hineinragt und in dem dem Getriebe zugewandten Endbereich eine radiale Anlage¬ fläche 26 an die Aufweitung 23 bildet. Mit der Aufweitung 23, dem Umstülpbereich 24 und dem Führungseiement 25 ist ein Ver¬ formungselement entsprechend der DE 41 13 709 C2 gebildet.

Ih' dem dem Getriebe abgewandten Endbereich ist der Antriebs¬ wellenkörper 21 über eine Reibschweißung 27 mit einem hohlzy- linderförmigen Fortsatz 28 eines Flansches 29 fest verbunden, welcher einen Bolzen 30 des als Kreuzgelenk ausgebildeten Ge¬ lenkes 14 trägt.

Ein weiterer Bolzen 31 des Gelenks 14 ist fest mit einem Flansch 32 der Zwischenwelle 12 verbunden. Der Flansch 32 ist über eine Steckverzahnung 33 antriebsfest, aber axial ver¬ schieblich mit einer Buchse 34 verbunden, die eine rohrförmi- ge Erweiterung 35 besitzt. Die Erweiterung 35 ist über eine Reibschweißung 36 mit einem Zwischenwellenkörper 37 fest ver¬ bunden. Der Zwischenwellenkörper 37 weist in einem mittigen Teilbereich eine Aufweitung 38 auf. In dem dem Gelenk 15 zu¬ geordneten Endbereich ist der Zwischenwellenkörper 37 über eine Reibschweißung 39 fest mit einer rohrförmigen Erweite¬ rung 40 einer Buchse 41 verbunden, die radial innenliegend über eine Steckverzahnung 42 mit einem Wellenabschnitt 43 ei¬ nes Flansches 44 axial verschieblich ist, aber in Antriebs¬ verbindung steht. Der Flansch 44 trägt einen Bolzen 67, der Teil des als Kreuzgelenk ausgebildeten Gelenks 15 ist, wel¬ ches im Wesentlichen dem Gelenk 14 entspricht. Auch die Ab¬ triebswelle 13 entspricht im Wesentlichen der Antriebswelle 11, wobei diese beispielsweise entsprechend Fig. 3 ohne Ver¬ formungselement entsprechend der DE 41 13 709 C2 ausgebildet sein kann. Über einen entsprechenden Flansch, eine Gelenk¬ scheibe und Schrauben der Abtriebswelle 13 erfolgt eine An¬ bindung an Antriebselemente des Achsverteilergetriebes.

Während die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 13 ledig¬ lich über die AntriebsVerbindungen mit den benachbarten Bau- teilen gelagert sind, ist die Zwischenwelle 12 benachbart zu den Gelenken 14, 15 über als Faltenlager ausgebildete Wellen¬ lager 45, 46 gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeugs ge¬ lagert.

Die Wellenlager 45, 46 weisen jeweils ein Lagerauge 47, 48 auf, in die jeweils ein Σ-förmiger Faltenkörper 49, 50 aufge¬ nommen ist. Die Faltenkörper 49, 50 sind als Verbundelemente ausgebildet, die einen Elastomerkörper sowie parallele metal¬ lische Trägermaterialien im Bereich der Anlagestellen am La¬ gerauge 47, 48 sowie an den radial innenliegend angeordneten Wälzlagern 51, 52 aufweisen. Die Wälzlager 51, 52 sind in an sich bekannter Weise über Deckel beidseitig gegenüber der Um¬ gebung abgedichtet. Radial innenliegend stützen sich die Wälzlager 51, 52 gegenüber dem Wellenabschnitt 43 bzw. einem dem Flansch 32 zugeordneten Wellenabschnitt ab. Eine Abdich¬ tung der vorgenannten Wellenabschnitte 43 gegenüber den Buch¬ sen 34, 41, insbesondere zum Schutz der Steckverzahnungen 33, 42, erfolgt über Faltenbälge 53, 54.

Weiterhin ist ein Lagerbock 55 vorgesehen. Der Lagerbock 55 besitzt in Längsrichtung desselben hintereinander liegend:

einen ersten Teilbereich 57, einen zweiten Teilbereich 58 und einen dritten Teilbereich 59.

Im ersten Teilbereich 57 bildet die Ausnehmung 56 einen Trichter 60 mit kegelstumpfförmiger Außengeometrie. Im zwei¬ ten Teilbereich 58 bildet die Ausnehmung 56 eine einer Man¬ telfläche eines Zylinders entsprechende Anlagefläche 61. In dem dritten Teilbereich 59 bildet die Ausnehmung 56 einen Auslaufbereich 62 mit einem sich in Richtung des Achsvertei¬ lergetriebes erweiternden Querschnitt.

Der Durchmesser der Ausnehmung 56 im zweiten Teilbereich ist insbesondere größer als der des Flansches 41, der Erweiterung 40 sowie der Reibschweißung 39, aber kleiner als der Durch¬ messer der Aufweitung 38. Zwischen dem Lagerbock 55 und dem zugeordneten Wellenabschnitt der Kardanwelle 10 ist somit ein radiales Spiel 66 vorgesehen.

Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind das Lagerauge 48 des Wellenlagers 46 und der Lagerbock 55 einstückig mit¬ einander ausgebildet zu einem einzigen Lagergehäuse. In die¬ sem Fall bildet das Lagerauge 48 einen vierten Teilbereich 63. Über den dritten Teilbereich 59 erfolgt eine Anpassung der Durchmesser des zweiten Teilbereiches an den Durchmesser des Lagerauges 48, vorzugsweise über einen Absatz 64, über den der Faltenkörper 50 einseitig axial abgestützt ist.

Ein Wellenabschnitt 65 wird bei einem Crash durch den Lager¬ bock 55 weitestgehend in axialer Richtung hindurchgeführt und hierbei durch den Lagerbock 55 in radialer Richtung geführt, wobei mit der axialen Bewegung ein Ausgleich von im Antriebs- sträng vorhandenen Spielen in axialer Richtung, eine elasti¬ sche Verformung und/oder eine plastische Verformung von Tei¬ len des Antriebsstranges sowie eine Verschiebung von Anlenk- punkten der Kardanwelle 10 einhergeht.

Unter "axial" wird die Längsachse der Antriebswelle 11, der Zwischenwelle 12 bzw. der Abtriebswelle 13 verstanden, wäh¬ rend radial eine Richtung quer zu der vorgenannten axialen Richtung bezeichnet.