AT504848A1 - Wellenverbindung für einen antriebsstrang - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung für einen Antriebsstrang mit einem biegeweichen Drehstab.

Aus der US 6,551,057 Bl ist eine Torsionswelle bekannt, welche ein Hohlrohr aufweist, dessen Inneres zu einem Großteil mit einem fließfähigen dämpfenden Material, beispielsweise Stahlschrott, befüllt ist.

Die US 6,431,531 Bl beschreibt eine Drehstabanordnung aus Verbundmaterial, wobei als Korrosionsschutz eine Ummantelung aus faserverstärktem Kunststoff vorgesehen ist.

Bekannte Drehstabanordnungen haben den Nachteil, dass sie eine relativ niedrige biegekritische Drehzahl aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Wellenverbindung mit einem Drehstab vorzuschlagen, welche eine deutlich höhere kritische Drehzahl aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Drehstab mit zellulärem Material mit geringerer Dichte ummantelt ist.

Eine besonders leichte Bauweise wird möglich, wenn das zelluläre Material aus einem metallischen oder keramischen Schaum, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum, besteht.

Eine deutliche Erhöhung der Biegesteifigkeit kann erreicht werden, wenn das zelluläre Material von einer Stützhülle ummantelt ist.

In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützhülle durch ein Schutzrohr gebildet ist, wobei vorzugsweise die Stützhülle aus Verbundwerkstoff besteht. Die Schutzhülle kann beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen.

In einer weiteren sehr kompakten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützhülle durch eine erste Hohlwelle gebildet ist, deren erstes Ende mit dem Drehstab drehverbunden ist. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die erste Hohlwelle von einer zweiten Hohlwelle umgeben ist, welche mit einem dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende der ersten Hohlwelle drehverbunden ist. Der Hohlraum zwischen der ersten und der zweiten Hohlwelle kann dabei mit dem zellulären Material mit geringer Dichte ausgefüllt sein. ·· ·· • · · · • · · · • · · · • · · · • ···· ·· ···· ·· · · · · • ··· · · ··· • · ··· · Ύ

Um das Schwingungsverhalten gezielt auf bestimmte Eigenfrequenzen abstimmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Zusatzmasse vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Zusatzmasse mit dem Drehstab drehfest verbunden ist. Dies ermöglicht zum Beispiel bei der Verwendung der Wellenverbindung im Prüfstandsbereich das Nachbilden des Verhaltens eines realen Fahrzeuges.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer ersten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 die Wellenverbindung in einer Seitenansicht, Fig. 3 eine Ende der Wellenverbindung in einer Detailansicht, Fig. 4 ein Detail aus Fig. 3, Fig. 5 ein anderes Ende der Wellenverbindung in einer Detailansicht, Fig. 6 eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante und Fig. 7 eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einem Längsschnitt in einer dritten Ausführungsvariante.

Die Wellenverbindung 1 besteht aus einem Drehstab 2, der von einem Mantel 3 aus leichtem, festem, zellularem Material umgeben ist. Das zellulare Material, welches eine geringere Dichte als der Drehstab 2 aufweist, kann beispielsweise durch Metall- oder Keramikschaum gebildet sein. Der Mantel 3 kann zur Montage des Drehstabes 2 geteilt aufgebaut sein. Zwischen dem Drehstab 2 und dem umgebenden versteifenden Mantel 3 besteht keine Verbindung, der Drehstab 2 ist in dem zellularem Material des Mantels 3 drehbar gelagert. Der Mantel 3 ist weiters von einer Stützhülle 4 umgeben, welche in dem in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein dünnwandiges Schutzrohr 5 aus einem Verbundwerkstoff, beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, besteht. Das Schutzrohr 5 ist mit dem Adapterflansch 6 fest verbunden.

Am gegenüberliegenden Ende des Drehstabes 2 und des Mantels 3 ist ein Haltering 7 angeordnet, welcher eine Relativverdrehung zwischen dem Drehstab 2 und dem Mantel 3 erlaubt. Der Halterring 7 ist dabei drehfest mit dem Drehstab 2 verbunden und gegenüber dem Schutzrohr 5 verdrehbar angeordnet. Der Haltering 7 weist dabei ein Gleitlager 8 auf, welches mit einem Metallring 9 des Schutzrohres 5 gleitend verbunden ist.

Der Kraftfluss erfolgt über den Adapterflansch 6 in den Drehstab 2. Alle anderen Elemente sind von der Drehmomentübertragung nicht beeinflusst.

Die Verbindung zwischen dem Drehstab 2 und dem Adapterflansch 6 erfolgt entweder durch eine formschlüssige Verbindung, z.B. über eine Kerbverzahnung, oder durch eine kraftschlüssige Verbindung, z.B. über einen Presssitz. Der

Adapterflansch 6 ist die Schnittstelle für die Verbindung mit weiteren Elementen des Antriebsstranges. Der Drehstab 2 ist auf der dem Adapterflansch 6 gegenüberliegenden Seite entweder ebenfalls mit einer Kerbverzahnung versehen oder mit einem glatten Wellenstummel ausgestattet.

Da die Biegesteifigkeit der Wellenverbindung 1 hauptsächlich durch den Mantel 3 definiert ist, kann die Drehsteifigkeit des Drehstabes 2 für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Die Verwendung von Metall- oder Keramikschäumen als zelluläres Material für den Mantel 3 ermöglicht eine besonders leichte und kompakte Bauweise. Somit kann eine auf die Betriebszustände optimale Abstimmung der Steifigkeit der Welle erfolgen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Lösungen besitzt die beschriebene Wellenverbindung 1 eine sehr hohe Biegeeigenfrequenz, wodurch ein stabiler Betriebe gewährleistet werden kann. Im Vergleich zu Elastomerwellen kann die Steifigkeit durch einfache Geometrieänderungen des Drehstabes 2 individuell angepasst werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Wellenverbindung 1. Die Wellenverbindung 1 weist einen Drehstab 2 auf, welcher von einem ersten Mantel 3a aus zellulärem Material geringer Massen umgeben wird. Der erste Mantel 3a ist von einer ersten Stützhülle 4a umgeben, welche durch eine erste Hohlwelle 10 gebildet wird. Die erste Hohlwelle 10 ist an ihrem ersten Ende 10a mit dem Drehstab fest verbunden.

Die erste Hohlwelle 10 wird von einer zweiten Hohlwelle 11 umgeben, welche mit der ersten Hohlwelle 10 an einem dem ersten Ende 10a gegenüberliegenden zweiten Ende 10b drehverbunden ist. Ein zwischen erster und zweiter Hohlwelle 10, 11 ausgebildeter Hohlraum 12 ist mit einem einen zweiten Mantel 3b ausbildenden zellulärem Material geringer Masse gefüllt. Aufgrund der Verschachtelung von mindestens zwei Hohlwellen 10, 11 kann eine weitere Reduktion der Drehsteifigkeit bewirkt werden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung bei der eine Zusatzmasse 13 drehfest mit dem Drehstab 2 verbunden ist. Dadurch kann das Schwingungsverhalten gezielt auf bestimmte Eigenfrequenzen abgestimmt werden. Dies ermöglicht beispielsweise das Nachbilden des Verhalten eines realen Fahrzeuges bei der Verwendung der Wellenverbindung 1 im Prüfstandsbereich.

Claims (10)

1. Wellenverbindung (1) für einen Antriebsstrang mit einem biegeweichen Drehstab (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstab (2) mit zellulärem Material mit geringerer Dichte ummantelt ist.

2. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zelluläre Material aus einem metallischen oder keramischen Schaum, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum, besteht.

3. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zelluläre Material von einer Stützhülle (4) ummantelt ist.

4. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) durch ein Schutzrohr (5) gebildet ist.

5. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) aus Verbundwerkstoff besteht.

6. Wellenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.

7. Wellenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) durch eine erste Hohlwelle (10) gebildet ist, deren erstes Ende (10a) mit dem Drehstab (2) drehverbunden ist.

8. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hohlwelle (10) von einer zweiten Hohlwelle (11) umgeben ist, welche mit einem dem ersten Ende (10a) abgewandten zweiten Ende der ersten Hohlwelle (10) drehverbunden ist.

9. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hohlwelle (10) mit zellulärem Material geringerer Dichte ummantelt ist, wobei vorzugsweise der Hohlraum (12) zwischen erster und zweiter Hohlwelle (10, 11) mit dem zellulärem Material ausgefüllt ist.

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10. Wellenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zusatzmasse (13) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Zusatzmasse (13) mit dem Drehstab (2) drehfest verbunden ist. 2007 02 08; Fu/Sc Dipl.-Ing. Mag. Michael Babeluk