AT504848B1 - Wellenverbindung für einen antriebsstrang - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung (1) für einen Antriebsstrang mit einem biegeweichen Drehstab (2). Zur Erhöhung der biegekritischen Drehzahl ist vorgesehen, dass der Drehstab (2) mit zellulärem Material von geringerer Dichte als der Drehstab (2) aus einem metallischen oder keramischen Schaum, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum, ummantelt ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 504 848 B1 2010-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung für einen Antriebsstrang mit einem biegeweichen Drehstab.

[0002] Aus der US 6,551,057 B1 ist eine Torsionswelle bekannt, welche ein Hohlrohr aufweist, dessen Inneres zu einem Großteil mit einem fließfähigen dämpfenden Material, beispielsweise Stahlschrott, befüllt ist.

[0003] Die US 6,431,531 B1 beschreibt eine Drehstabanordnung aus Verbundmaterial, wobei als Korrosionsschutz eine Ummantelung aus faserverstärktem Kunststoff vorgesehen ist.

[0004] Die WO 01/41950 A2 beschreibt eine verstärkte Hydroformstruktur bestehend aus einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr, wobei zwischen den beiden Rohren ein Strukturschaum aus epoxy-basiertem Material oder aus Ethylen-Co-Polymer und Ter-Polymer angeordnet ist.

[0005] Die US 6,254,488 B1 offenbart eine hydrogeformte Antriebswelle mit einem Innenrohr und einem Außenrohr, wobei zwischen den beiden Rohren ein geräusch- und schwingungsdämpfendes Material aus Gummi oder einem Polystyren-Schaum angeordnet ist.

[0006] Aus der US 3,553,978 A ist eine aus Komposit-Material bestehende Propellerwelle bekannt.

[0007] Die DE 199 08 604 A1 handelt über eine Kraftfahrzeug-Fahrantriebswelle, bei der die Biegeschwingungs-Resonanzfrequenz erster Ordnung bei einer biegekritischen Drehzahl liegt, die wesentlich niedriger ist als ihre anwendungsbestimmte maximale Betriebsdrehzahl. Die Kraftfahrzeug-Fahrantriebswelle weist an ihren Enden Anschlussmittel aus einem einstückigen Kunststoffkörper auf, welcher durch Fasern verstärkt ist, die in den Kunststoff eingebettet sind.

[0008] Bekannte Drehstabanordnungen haben den Nachteil, dass sie eine relativ niedrige biegekritische Drehzahl aufweisen.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Wellenverbindung mit einem Drehstab vorzuschlagen, welche eine deutlich höhere kritische Drehzahl aufweist.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Drehstab mit zellulärem Material von geringerer Dichte als der Drehstab aus einem metallischen oder keramischen Schaum, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum, ummantelt ist.

[0011] Eine deutliche Erhöhung der Biegesteifigkeit kann erreicht werden, wenn das zelluläre Material von einer Stützhülle ummantelt ist.

[0012] In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützhülle durch ein Rohr gebildet ist, wobei vorzugsweise die Stützhülle aus Verbundwerkstoff besteht. Die Stützhülle kann beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0016] Es zeigen 1/5 österreichisches Patentamt [0017] Fig. 1 [0018] Fig. 2 [0019] Fig. 3 [0020] Fig. 4 [0021] Fig. 5 [0022] Fig. 6 [0023] Fig. 7 AT 504 848 B1 2010-07-15 eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einer ersten Ausführungsvariante in einem Längsschnitt gemäß der Linie l-l in Fig. 2, die Wellenverbindung in einer Seitenansicht, eine Ende der Wellenverbindung in einer Detailansicht, ein Detail aus Fig. 3, ein anderes Ende der Wellenverbindung in einer Detailansicht, eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einem Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante und eine erfindungsgemäße Wellenverbindung in einem Längsschnitt in einer dritten Ausführungsvariante.

[0024] Die Wellenverbindung 1 besteht aus einem Drehstab 2, der von einem Mantel 3 aus leichtem, festem, zellulärem Material umgeben ist. Das zelluläre 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 zellulärem 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 Rohr 5 aus einem Verbundwerkstoff, beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, besteht. Das Rohr 5 ist mit dem Adapterflansch 6 fest verbunden.

[0025] 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 Rohr 5 verdrehbar angeordnet. Der Haltering 7 weist dabei ein Gleitlager 8 auf, welches mit einem Metallring 9 des Rohres 5 gleitend verbunden ist.

[0026] Der Kraftfluss erfolgt über den Adapterflansch 6 in den Drehstab 2. Alle anderen Elemente sind von der Drehmomentübertragung nicht beeinflusst.

[0027] 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.

[0028] 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 Betrieb gewährleistet werden kann. Im Vergleich zu Elastomerwellen kann die Steifigkeit durch einfache Geometrieänderungen des Drehstabes 2 individuell angepasst werden.

[0029] 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.

[0030] 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 2/5

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT 504 848 B1 2010-07-15 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. [0031] 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. Patentansprüche 1. Wellenverbindung (1) für einen Antriebsstrang mit einem biegeweichen Drehstab (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstab (2) mit zellulärem Material von geringerer Dichte als der Drehstab (2) aus einem metallischen oder keramischen Schaum, vorzugsweise aus einem Aluminiumschaum, ummantelt ist.
2. 2. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zelluläre Material von einer Stützhülle (4) ummantelt ist.
3. 3. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) durch ein Rohr (5) gebildet ist.
4. 4. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) aus Verbundwerkstoff besteht.
5. 5. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.
6. 6. Wellenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützhülle (4) durch eine erste Hohlwelle (10) gebildet ist, deren erstes Ende (10a) mit dem Drehstab (2) drehfest verbunden ist.
7. 7. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 6, 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) drehfest verbunden ist.
8. 8. Wellenverbindung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hohlwelle (10) mit zellulärem Material von geringerer Dichte als die erste Hohlwelle (10) ummantelt ist, wobei vorzugsweise der Hohlraum (12) zwischen erster und zweiter Hohlwelle (10, 11) mit dem zellulärem Material ausgefüllt ist.
9. 9. Wellenverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zusatzmasse (13) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Zusatzmasse (13) mit dem Drehstab (2) drehfest verbunden ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 3/5