DE102013226053A1

DE102013226053A1 - Verbindungselement

Info

Publication number: DE102013226053A1
Application number: DE102013226053.9A
Authority: DE
Inventors: Marcus Fuhse
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: DE102013226053B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (1) zur Übertragung von Momenten und Kräften bei Drehantrieben. Das Verbindungselement (1) umfasst zumindest ein Federelement (7), das zwischen einer Antriebswelle (2) und einer Abtriebswelle (3) angeordnet ist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das zumindest eine Federelement (7) mit einem Befestigungsabschnitt (8) an der Antriebswelle (2) und mit einem anderen Befestigungsabschnitt (8) an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, wobei der an der Antriebswelle (2) befestigte Befestigungsabschnitt (8) und der an der Abtriebswelle (3) befestigte Befestigungsabschnitt (8) einen axialen Abstand (9) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur Übertragung von Momenten und Kräften bei Drehantrieben, umfassend zumindest ein Federelement, das zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle angeordnet ist.
Eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der Druckschrift DE 33 24 008 A1 bekannt. Diese zeigt eine ganzmetallige, elastische Biegefederkupplung zur Übertragung von Momenten und Kräften bei Drehantrieben. Die Übertragung erfolgt dabei mittels der Biegefedern, welche in die Nuten der antriebseitigen und abtriebseitigen Kupplungssklauen eingepasst sind und sich im Kupplungsbetrieb bei der Übertragung von Kräften radial durchbiegen.
Es ist weiterhin durch die Druckschrift DE 27 05 598 C3 eine elastische Gelenkscheibe für Wellenkupplungen bekannt, mit in Winkelabständen rings um eine Gelenkscheibenachse angeordneten Büchsen, die paarweise von Fadenwickeln umschlungen und zusammen mit diesen in einen elastomeren Werkstoff eingebettet sind.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 049 929 A1 ist eine Trennkupplung mit einem Reibbelag bekannt. Bei dieser Trennkupplung ist zur Tilgung von das Drehmoment überlagernden Drehschwingungen eine Tilgermasse vorgesehen. Die Tilgermasse ist mit der Reibungskupplung über eine Reibeinrichtung verbunden. Die Reibeinrichtung erzeugt ein Reibmoment, dass von den relativen Verdrehwinkel zwischen Tilgermasse und der beteiligten Masse abhängig ist.
Schließlich zeigt die Druckschrift DE 32 39 962 A1 eine Zweischeibenkupplungen mit einem Kupplungsgehäuse und zwei Kupplungssscheiben, von denen eine zwischen einer Anpressplatte und einer Zwischenscheibe und die andere zwischen einer Zwischenscheibe und einem Schwungrad einspannbar angeordnet ist. Im Kupplungsgehäuse ist die Anpressplatte über Tangentialblattfedern drehfest, aber axial verlagerbar angeordnet.
Nachteilig bei dem vorgestellten Stand der Technik ist es, dass bei der Übertragung von hohen Drehmomenten und Drehzahlen ein Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle nicht möglich ist beziehungsweise Schwingungen aus der Antriebswelle in die Abtriebswelle übertragen werden.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet, insbesondere die Übertragung von Axialschwingungen und Torsionsschwingungen reduziert.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verbindungselement vorgesehen, bei dem das zumindest eine Federelement mit einem Befestigungsabschnitt an der Antriebswelle und mit einem anderen Befestigungsabschnitt an der Abtriebswelle befestigt ist, wobei der an der Antriebswelle befestigte Befestigungsabschnitt und der an der Abtriebswelle befestigte Befestigungsabschnitt zueinander einen axialen Abstand aufweisen. Hierdurch ist es möglich, dass die Drehbewegung der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen werden kann und zugleich Schwingungen in der Antriebswelle gedämpft oder bedämpft werden beziehungsweise die Abtriebswelle gegenüber diesen Schwingungen isoliert wird. Dabei sind die Befestigungsabschnitte lokal unbeweglich mit der Antriebswelle beziehungsweise der Abtriebswelle verbunden. Als Verbindungsmittel werden vorzugsweise Schraubverbindungen eingesetzt, wobei jedem Befestigungsabschnitt eine eigene Schraubverbindung zugeordnet ist.
Die Verbindung eines Federelementes mit einem Befestigungsabschnitt oder mit einem anderen Federelement kann auch durch andere Fügungen wie beispielsweise Nieten, Kleben oder Schweißen erfolgen. Auch eine Kombination mehrerer Verbindungstechniken ist möglich. So können als Blattfedern ausgeführte Federelemente und der Befestigungsabschnitt beide ein Durchgangsloch aufweisen, in dem ein Niet und/oder eine Schraube angeordnet sind.
Das eine Federelement, vorzugsweise mehrere Federelemente, und/oder ein zwischen den Wellen angeordnetes und axial erstrecktes elastisches Bauelement, beispielsweise ein Distanzstück, absorbieren die Schwingungsenergie.
Mittels des erfindungsgemäßen Verbindungselementes sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle dauerhaft verbunden. Durch den axialen Abstand der Befestigungsabschnitte der Antriebswelle zu den Abschnitten der Abtriebswelle ist eine axiale Bewegung der Wellen und ein Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen den Wellen möglich. Somit können insbesondere auch Axialschwingungen und Torsionsschwingungen gedämpft oder deren Übertragung unterbunden werden. Der hier verwendete Begriff Schwingungen schließt periodische, nichtperiodische, gleichmäßige und ungleichmäßige Schwingungen sowie einzelne Stöße ein.
Als vorteilhaft erwiesen hat es sich, dass die Antriebswelle einen Antriebsflansch und/oder die Abtriebswelle einen Abtriebsflansch aufweisen. Hierdurch ist eine einfache Montage der beiden Wellen beziehungsweise des Verbindungselementes möglich.
Dabei kann der Antriebsflansch und/oder der Abtriebsflansch starr mit geringer elastischer Verformbarkeit ausgeführt sein. Diese Ausführung sieht vor, dass die Flansche als Elemente der Wellen, beispielsweise einteilig mit diesen ausgeführt, zur Befestigung wenigstens eines Federelementes an den Wellen dienen. Die Anschlüsse der Flansche haben vorzugsweise einen radialen Abstand zu der Achse ihrer Welle, der gleich oder größer ist als der Radius der Welle, wodurch insbesondere die Übertragung von Momenten quer zur Welle möglich ist.
Die Flansche können gezielt ein unterschiedliches Drehmassenträgheitsmoment aufweisen. Hierdurch kann die Isolation in die Antriebsseite oder die Abtriebsseite erhöht werden. Ein Flansch könnte quasi als Drehsperrmasse wirken, welche mit ihrer Drehträgheit die Winkelbeschleunigung reduziert und so die Drehschwingung mindert.
Bei großen Querschnitten von Antriebswelle und/oder Abtriebswelle ist es auch möglich, dass die Anschlüsse der Flansche einen radialen Abstand zu der Achse ihrer Welle aufweisen, welcher gleich oder kleiner ist als der Radius der Welle.
Alternativ ist es möglich, dass der Antriebsflansch und/oder der Abtriebsflansch selbst als Federelement mit hoher elastischer Verformbarkeit ausgeführt ist. Hierdurch ist es möglich, dass das Verbindungselement mit wenigen Bauelementen realisiert werden kann. Bei dieser Ausführung können einer oder beide der Flansche als Federelement ausgeführt sein. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführung die Anzahl der Flanschlaschen bei jedem Flansch gleich oder größer 2. Sollte zwischen den Flanschen ein Distanzstück angeordnet sein, so kann dieses unterschiedlich gestaltet sein. Für ein einfaches, kostengünstiges und wenige Einzelteile umfassendes Verbindungselement ist das Distanzstück vorzugsweise als ein Elastikum ausgeführt, welches an einem Flansch oder an beiden Flanschen abgebunden ist.
Ist das Federelement als ein von den Flanschen unabhängiges Bauteil vorgesehen, so hat es sich als günstig erwiesen, dass wenigstens eines der Federelemente als eine Tangentialblattfeder ausgeführt ist. Mittels einer Tangentialblattfeder wird in idealer Weise die Drehmomentübertragung bei gleichzeitiger Schwingungsreduktion und axialem Ausgleich realisiert.
Für die Realisierung eines insbesondere im Bereich von Fahrzeugantrieben einsetzbaren Verbindungselementes hat es sich als praktisch erwiesen, dass der Antriebsflansch und/oder der Abtriebsflansch wenigstens drei radial außen positionierte Anschlüsse zur Verbindung mit dem wenigstens einen Federelement aufweist. Hierdurch können auch hohe Drehmomente und Drehzahlen übertragen werden. Der Anschluss ist vorzugsweise eine Durchbrechung, z.B. zur Aufnahme einer Schraube einer Schraubverbindung und/oder einer Niete.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass die Anzahl der Anschlüsse an dem Antriebsflansch und dem Abtriebsflansch identisch ist und das Verbindungselement dieselbe Anzahl an Federelementen aufweist.
Als günstig erwiesen hat es sich, dass die Anschlüsse von Antriebsflansch und Abtriebsflansch zueinander verdreht positioniert sind. Dabei ist der Wert des Drehwinkels vorzugsweise der Quotient aus dem Vollkreis als Divident und der Anzahl aller Anschlüsse des Verbindungselementes, also von Antriebsflansch und Abtriebsflansch, als Divisor.
Weiterhin als günstig erwiesen hat es sich, dass die Anschlüsse von Antriebsflansch und Abtriebsflansch jeweils in einer Ebene der jeweiligen Welle angeordnet sind. Dabei sind vorzugsweise die Ebenen der Wellen senkrecht zu den Achsen der Wellen orientiert und/oder die Ebenen der Wellen zueinander parallel orientiert.
Die Geometrie der Flansche ist beliebig, wobei Antriebsflansch und Abtriebsflansch unterschiedlich gestaltet sein können. Vorzugsweise sind die Flansche als eine Scheibe ausgeführt. Die Form der Scheibe ist grundsätzlich beliebig und kann beispielsweise ein Kreis oder Polygon sein. Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass der Antriebsflansch und/oder der Abtriebsflansch für jeden Anschluss eine radial erstreckte Flanschlasche aufweist. Hierdurch wird die Montage erleichtert und die Bewegungsfreiheit des Verbindungselementes vergrößert. Sind beide Flansche mit zueinander versetzten und zahnförmigen radial nach außen erstreckten Flanschlaschen ausgeführt, so kann das Verbindungselement axial sehr kurz dimensioniert werden.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der eine oder jede Tangentialblattfeder des Verbindungselementes zwischen einem Anschluss des Antriebsflansches und einem zu dem Anschluss des Antriebsflansches tangential benachbarten Anschluss des Abtriebsflansches erstreckt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine hohe Dämpfung der Torsionsschwingungen.
Vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform, bei der eine Tangentialblattfeder zwischen einem Anschluss des Antriebsflansches und einem tangential benachbarten Anschluss des Antriebsflansches erstreckt ist und/oder eine Tangentialblattfeder zwischen einem Anschluss des Abtriebsflansches und einem tangential benachbarten Anschluss des Abtriebsflansches erstreckt ist. Bei dieser Ausführungsform hat die Tangentialblattfeder einen Mittelabschnitt als Befestigungsabschnitt, mit dem sie an dem anderen Flansch oder einer weiteren Tangentialblattfeder befestigt ist.
Die Blattfedern können eine Krümmung oder einen Knick aufweisen.
Es ist weiterhin günstig, dass der Antriebsflansch und/oder der Abtriebsflansch an wenigstens einem Anschluss eine Anlagefläche aufweist. Die Anlagefläche eines Flansches ist mit einer Anlagefläche des anderen Flansches oder mit einem Befestigungsabschnitt eines Federelementes verbunden. Grundsätzlich liegen alle Anlageflächen eines Flansches mit dem Flansch in einer gemeinsamen Ebene.
Für die Verbesserung der Minderung von Torsionsschwingungen ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der zumindest eine Anlagefläche zur Ebene des Flansches verdreht ist. Diese Anlagefläche ist vorzugsweise zu der Ebene geneigt, die senkrecht zur Achse orientiert ist. Durch die Neigung dreht sich die Anlagefläche bei einer anliegenden Torsionskraft elastisch aus ihrer vorgegebenen Winkelstellung heraus und absorbiert die Torsionsschwingung. Durch die Neigung haben die Anlagefläche und die senkrecht zur Achse orientierte Ebene eine Schnittgerade. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Schnittgerade senkrecht zu der Achse orientiert ist.
Als besonders vorteilhaft erwiesen hat es sich, dass zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, insbesondere zwischen dem Antriebsflansch und dem Abtriebsflansch ein Distanzstück positioniert ist. Das Distanzstück ist vorzugsweise ein Elastomer oder eine Schraubenfeder beziehungsweise ein Stapel mehrerer Blattfedern. Mittels des Distanzstückes ist es möglich, die Wellen beziehungsweise Flansche zueinander beabstandet zu halten, was bei besonderen Ausführungsformen des Federelementes erforderlich ist. Das Distanzstück kann aber auch bei frei beabstandet gehaltenen Wellen beziehungsweise Flanschen vorgesehen werden. In jedem Fall ist das Distanzstück dazu geeignet, extreme axiale Bewegungen der beiden Wellen aufeinander abzufangen und zu begrenzen. Hierdurch wird das Verbindungselement und werden auch weitere Elemente des Antriebsstranges vor Beschädigungen geschützt. Das Distanzstück dient hiermit als Anschlagpuffer.
Das Distanzstück hat bei frei beabstandet gehaltenen Wellen beziehungsweise Flanschen in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung als der Abstand der Wellen oder Flansche im unbelasteten Zustand.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Distanzstück an beiden Wellen beziehungsweise Flanschen dauerhaft anliegt oder mit diesen verbunden ist. Die Verbindung von einem vorzugsweise als Elastomer ausgeführten Distanzstück mit den Wellen beziehungsweise Flanschen kann beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren erfolgen. Durch die Verbindung mit beiden Wellen beziehungsweise Flanschen wirkt das Distanzstück in jedem Funktionszustand des Verbindungselementes und kann somit neben einer axialen translatorischen Bewegung auch rotatorische Bewegungen dämpfen.
Als vorteilhaft erwiesen hat es sich, dass das Distanzstück des Verbindungselementes aus einem Federkörper und zwei aufeinander wirkenden Reibkörpern besteht, wobei die Reibkörper von dem Federkörper gegeneinander gedrückt sind. Hierdurch ist es möglich, eine Hemmung der Verdrehung zwischen den Flanschen zu erzeugen. Die mit Torsionsschwingungen einhergehende Verdrehung führt zur Aktivierung der von den Reibkörpern gebildeten Reibeinrichtung. Durch die Überwindung der Reibung wird die Kraft der Torsionsschwingung in Wärme umgewandelt und die Torsionsschwingung reduziert.
Eine Weiterbildung dieses Distanzstückes sieht vor, dass die einander zugewandten Flächen der Reibkörper wenigstens eine Rampe aufweisen, welche zur Normalenebene der Achse geneigt ist. Hierbei erfolgt die Betätigung der Reibeinrichtung durch eine relative Verdrehung der Flansche zueinander. Die Reibung tritt in den Kontaktflächen von Rampe und Gegenrampe auf. Die auftretenden relativen Drehwinkel bewirken über den Rampenmechanismus eine axiale Verschiebung eines Distanzelementes. Diese Verschiebung bewirkt eine Änderung des Betriebspunktes des Federkörpers. Da dies die Reibkraft beeinflusst, ist die Dämpfung der Torsionsschwingung abhängig vom Drehwinkel.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges mit einer ersten Ausführungsform eines Verbindungselementes zur dauerhaften Verbindung von Antriebswelle und Abtriebswelle;
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des Verbindungselementes;
3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des in 2 gezeigten Verbindungselementes;
4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer dritten Ausführungsform des Verbindungselementes;
5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des in 4 gezeigten Verbindungselementes;
6 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer vierten Ausführungsform des Verbindungselementes;
7 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des in 6 gezeigten Verbindungselementes;
8 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer fünften Ausführungsform des Verbindungselementes;
9 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer sechsten Ausführungsform des Verbindungselementes;
10 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten Variante eines Distanzstückes;
11 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten Variante eines Distanzstückes;
12 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer siebten Ausführungsform des Verbindungselementes;
13 eine schematische Darstellung einer Pendelstütze für das in 12 gezeigte Verbindungselement;
14 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer achten Ausführungsform des Verbindungselementes.
1 zeigt eine erste allgemeine Ausführungsform eines Verbindungselementes 1 zur Übertragung von Momenten und Kräften bei Drehantrieben. Das Verbindungselement 1 verbindet eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3 eines Antriebsstranges 4 dauerhaft. Von dem Antriebsstrang 4 sind in Bezug auf das Verbindungselement 1 antriebsseitig ein Motor 5, ein Getriebe 6 und eine mit diesem verbundene Antriebswelle 2 dargestellt. Abtriebsseitig ist lediglich die Abtriebswelle 3 gezeigt. Die Abtriebswelle 3 ist vorzugsweise eine Kardanwelle, die im weiteren Verlauf des Antriebsstranges 4 mit einem Kardangelenk verbunden ist. Die Anordnung des Verbindungselementes 1 zwischen einer Antriebswelle 2 und einer Kardanwelle als Abtriebswelle 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform, da das Verbindungselement 1 sehr gut geeignet ist, Winkelfehlstellungen zwischen den Wellen 2, 3 auszugleichen und zugleich Schwingungen, insbesondere Torsions- und Axialschwingungen in hervorragender Weise zu dämpfen. Losgelöst von dem möglichen Winkelausgleich zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 haben diese vorzugsweise eine gemeinsame Drehachse, welche in dieser Darstellung identisch mit der Achse 10 des Verbindungselementes 1 ist.
Das dargestellte Verbindungselement 1 umfasst drei Federelemente 7. Jedes der Federelemente 7 ist mit einem Befestigungsabschnitt 8 an der Antriebswelle 2 und mit einem anderen Befestigungsabschnitt 8 an der Abtriebswelle 3 fest verbunden. Der Befestigungsabschnitt 8 an der Antriebswelle 2 und der Befestigungsabschnitt 8 an der Abtriebswelle 3 weisen einen axialen Abstand 9 auf. Die Wellen 2, 3 sind durch die Kraft der Federelemente 7 und/oder durch ein zwischen den Wellen 2, 3 angeordnetes Distanzstück 11 axial beabstandet gehalten. Das in den 1 bis 3 gezeigte Distanzstück 11 ist ein Elastomer in der Form eines zylindrischen Vollkörpers. Die Drehbewegung 12 der Wellen 2, 3 und des Verbindungselementes 1 sind durch einen Pfeil angedeutet. Die einander zugewandten Enden der Wellen 2, 3 haben einen in 2 gezeigten Antriebsflansch 13 beziehungsweise einen Abtriebsflansch 14 mit Anschlüssen 15 für die Federelemente 7. Dabei ist jeder der Befestigungsabschnitte 8 eines Federelementes 7 mit einem anderen Anschluss 15 verbunden. Der Antriebsflansch 13 und/oder der Abtriebsflansch 14 sind starr und mit geringer elastischer Verformbarkeit ausgeführt. Die Federelemente 7 sind im Gegensatz dazu mit hoher elastischer Verformbarkeit ausgeführt. Vorzugsweise sind die Flansche 13, 14 einteilig mit ihrer zugehörigen Welle 2, 3 ausgeformt oder verbunden.
Diese allgemeine Ausführungsform kann unterschiedliche Abwandlungen aufweisen, von denen einige in den folgenden Figuren gezeigt sind.
Die 2 und 3 zeigen eine zweite Ausführungsform des Verbindungselementes 1 in unterschiedlichen Ansichten. Die Blickrichtung 16 der beiden Ansichten ist jeweils durch einen Pfeil angegeben. Die Federelemente 7 sind in dieser Ausführungsform Blattfedern, aufgrund ihrer Anordnung in Bezug auf die Achse 10 auch als Tangentialblattfedern 17 bezeichnet. Weiterhin haben der Antriebsflansch 13 und der Abtriebsflansch 14 jeweils drei radial außen positionierte Anschlüsse 15. Die Anschlüsse 15 sind Durchbrechungen, zum Beispiel zur Aufnahme für eine Schraube einer Schraubverbindung. Die Anschlüsse 15 von Antriebsflansch 13 und Abtriebsflansch 14 sind zueinander verdreht positioniert, wobei der Drehwinkel 18 als Quotient aus dem Vollkreis und der Anzahl aller Anschlüsse 15 von Antriebsflansch 13 und Abtriebsflansch 14, hier 60 Grad ist. Die Anschlüsse 15 des Antriebsflansches 13 beziehungsweise des Abtriebsflansches 14 sind jeweils in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zur Achse 10 orientiert ist.
Weiterhin haben Antriebsflansch 13 und Abtriebsflansch 14 für jeden Anschluss 15 eine radial erstreckte Flanschlasche 19. Jede Flanschlasche 19 hat im Bereich des Anschlusses 15 eine Anlagefläche 20. Das Distanzstück 11 zwischen den Flanschen 13, 14 ist ein Elastomer. Das Distanzstück 11 hat in einem axial unbelasteten Zustand des Verbindungselementes 1 in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung 21 als der Abstand 9 der Wellen 2, 3 beziehungsweise der Flansche 13, 14 beziehungsweise der Anschlüsse 15 oder Anlageflächen 20 zueinander. In einem axial extrem belasteten Zustand des Verbindungselementes 1 dient das Distanzstück 11 als Anschlagpuffer.
Die drei Tangentialblattfedern 17 sind um 120 Grad versetzt um die Achse 10 herum angeordnet. Dabei ist jede der drei Tangentialblattfedern 17 zwischen einem Anschluss 15 des Antriebsflansches 13 und einem zu dem Anschluss 15 des Antriebsflansches 13 tangential benachbarten Anschluss 15 des Abtriebsflansches 14 erstreckt. Als tangential benachbart wurde bei allen Tangentialblattfedern 17 der in derselben Drehrichtung 12 benachbarte Anschluss 15 des Abtriebsflansches 14 gewählt.
Die 4 und 5 zeigen eine dritte Ausführungsform des Verbindungselementes 1 in unterschiedlichen Ansichten. Die Blickrichtung 16 der beiden Ansichten ist jeweils durch einen Pfeil angegeben. Bei dieser Ausführungsform sind die drei Tangentialblattfedern 17 mit ihren zwei distalen Befestigungsabschnitten 8 an zwei tangential benachbarten Anschlüssen 15 des Antriebsflansches 13 befestigt. Somit sind an jedem Anschluss 15 des Antriebsflansches 13 zwei benachbarte Tangentialblattfedern 17 befestigt. Mit einem Mittelabschnitt 22 als Befestigungsabschnitt 8 ist jede Tangentialblattfeder 17 an dem Anschluss 15 des Abtriebsflansches 14 befestigt, der tangential zwischen den beiden benachbarten Anschlüssen 15 des Antriebsflansches 13 liegt.
Die 6 und 7 zeigen eine vierte Ausführungsform des Verbindungselementes 1 in unterschiedlichen Ansichten. Die Blickrichtung 16 der beiden Ansichten ist jeweils durch einen Pfeil angegeben. Die Flansche 13, 14 sind in dieser Ausführungsform deckungsgleich, also mit einem Drehwinkel von 0 Grad, zueinander angeordnet. Weiterhin hat das Verbindungselement 1 sechs Tangentialblattfedern 17, die paarweise im Mittelabschnitt 22 verbunden sind. Jede der Tangentialblattfedern 17 ist mit den zwei distalen Befestigungsabschnitten 8 an zwei tangential benachbarten Anschlüssen 15 des Antriebsflansches 13 beziehungsweise des Abtriebsflansches 14 verbunden.
8 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Verbindungselementes 1. Bei dieser Ausführungsform sind die Anlageflächen 20 der Flanschlaschen 19 des Antriebsflansches 13 und/oder des Abtriebsflansches 14 zu einer zur Achse 10 senkrechten Ebene geneigt. Dies ermöglicht eine Umwandelung von Torsionskräften in Axialkräfte, wodurch die Torsionsschwingungen noch besser gedämpft werden können.
9 zeigt eine sechste Ausführungsform des Verbindungselementes 1. Bei dieser Ausführungsform ist der Abtriebsflansch 14 biegesteif ausgeführt und der Antriebsflansch 13 ist als Federelement 7 ausgeführt. Dabei sind die Flanschlaschen 19 des Antriebsflansches 13 als räumlich gekrümmte Blattfedern ausgeführt, die mit ihren distalen Enden an dem Abtriebsflansch 14 befestigt sind. Im Bereich der Achse 10 weisen Abtriebsflansch 14 und Antriebsflansch 13 zueinander einen axialen Abstand auf. Zwischen Abtriebsflansch 14 und Antriebsflansch 13 kann optional ein Distanzstück 11 angeordnet sein. Anstelle des Antriebsflansches 13 kann auch der Abtriebsflansch 14 als Federelement 7 ausgeführt sein. Auch ist es möglich, dass sowohl Abtriebsflansch 14 als auch Antriebsflansch 13 als Federelement 7 ausgeführt sind.
10 zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Variante des Distanzstückes 11. Dieses Distanzstück 11 hat zur Verbesserung der Torsionsdämpfung zwei aufeinander einwirkende Reibkörper 23, wobei der eine Reibkörper 23 zugleich ein Distanzelement 24 ist. An einem der Flansche 13, 14 liegt ein Federkörper 25, beispielsweise eine vorgespannte Tellerfeder oder ein Schraubenfederdraht, und an dem anderen der Flansche 13, 14 liegt der eine Reibkörper 23 an. Zwischen dem Reibkörper 23 und dem Federkörper 25 ist das Distanzelement 24 angeordnet. Einer der Flansche 13, 14, hier der Antriebsflansch 13, hat eine Nabe 26, auf welcher der Federkörper 25, das Distanzelement 24 und der Reibkörper 23 gelagert sind. Weiterhin ist auf der Nabe 26 auch der andere Flansch 13, 14, hier der Abtriebsflansch 14 gelagert. In radialer Richtung ist zwischen den Flanschen 13, 14 beziehungsweise zwischen der Nabe 26 und einem der Flansche 13, 14 eine Lagerbuchse 27 angeordnet, die axial unverschieblich durch eine Sicherung 28 gehalten ist. Die Reibkraft der Reibfläche wird durch die Spannung des Federkörpers 25 bestimmt. Sie ist in dieser Variante des Distanzstückes 11 unabhängig von Drehwinkel der Flansche 13, 14 konstant.
11 zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Variante des Distanzstückes 11. Bei diesem Distanzstück 11 ist zur weiteren Verbesserung der Torsionsdämpfung die Reibfläche zwischen dem Reibkörper 23 und dem Distanzelement 24 in Form von zur Normalenebene der Achse 10 geneigten Rampen 29 ausgeführt. Mittels der Rampen ist die Reibkraft der Reibfläche abhängig von dem Drehwinkel der Flansche 13, 14. Mit zunehmendem Drehwinkel erfolgt eine gesteigerte axiale Verschiebung der Flansche 13, 14 und somit eine Steigerung der Federkraft des Federkörpers 25. Die Rampen 29 sind in beliebiger Anzahl über das ringförmige Distanzelement 24 beziehungsweise über den ringförmigen Reibkörper 23 verteilt. Die Rampen 29 von Distanzelement 24 und Reibkörper 23 greifen als Rampe und Gegenrampe ineinander. Der Reibkörper 23 ist mit dem einen Flansch 13, 14, hier dem Antriebsflansch 13 fest verbunden. Das Distanzelement 24 ist über den Federkörper 25 mit dem Abtriebsflansch 14 verbunden. Die auftretenden relativen Drehwinkel bewirken über den Mechanismus der Rampen 29 eine axiale Verschiebung des Distanzelementes 24. Diese Verschiebung 32 ist als Pfeil angedeutet.
Die 12 und 13 zeigen eine siebte Ausführungsform des Verbindungselementes 1. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen den Flanschlaschen 19 der Flansche 13, 14 Pendelstützen 30 als Federelemente 7 angeordnet und mit den Flanschlaschen 19 über Gelenke 31 verbunden. Die Gelenke 31 sind beispielsweise Kugelköpfe und/oder Federelemente. Hierdurch ist auch ein Ausgleich von Winkelfehlern zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle möglich. Die Pendelstützen 30 erlauben durch die Anbindung über Gelenke 31 weiterhin eine Verdrehung der Flansche 13, 14 gegeneinander. Die Drehbewegung 12 ist durch einen Pfeil angedeutet.
Die Pendelstützen 30 sind vorzugsweise als Feder-Dämpfer-Einheit gestaltet. Die Anzahl der als Feder-Dämpfer-Elemente ausgeführten Pendelstützen 30 ist vorzugsweise größer 1. Bei einem Verbindungselement 1 mit nur einer als Feder-Dämpfer-Element ausgeführten Pendelstütze 30 ist an der dieser Pendelstütze 30 gegenüberliegenden Seite ein Gegengewicht vorzusehen, damit keine Unwucht auftritt.
Die als Feder-Dämpfer-Einheit ausgeführten Pendelstützen 30 dämpfen die Torsionsschwingungen. Zur Entkopplung von Axialschwingungen ist zwischen den Flanschen 13, 14 vorzugsweise ein Distanzstück 11 mit einem Federkörper 25, beispielsweise einer vorgespannten Feder, vorgesehen. Es ist ebenso möglich, zwischen den Flanschen 13, 14 ein Distanzstück 11 anzuordnen, welches auch Torsionsschwingungen dämpft. Eine Variante eines solches Distanzstückes 11 mit einer vom Drehwinkel abhängigen Torsionsdämpfung ist in den 10 und 11 erläutert.
In 13 ist exemplarisch eine Ausführungsform einer als Feder-Dämpfer-Element ausgeführten Pendelstütze 30 dargestellt. Die Pendelstütze 30 besteht aus einem Zylindergehäuse 33, in dem eine Kolbenstange 34, eine Zugfeder 35 und eine Druckfeder 36 geführt werden. Die Zugfeder 35 und/oder die Druckfeder 36 können als Schraubenfeder oder auch als eine Tellerfeder beziehungsweise als ein Stapel mehrerer Tellerfedern ausgeführt sein. In dem Zylindergehäuse 33 ist ein mit der Kolbenstange 34 verbundener Kolben 37 beweglich gelagert. Für die Endlagen des Kolbens 37 können hier nicht dargestellte Pufferelemente, beispielsweise aus Gummi, vorgesehen sein. Für die Anbindung der Pendelstütze 30 an die Flansche 13, 14 hat diese an ihren Enden als Kugelköpfe ausgeführte Gelenke 31.
14 zeigt eine achte Ausführungsform des Verbindungselementes 1. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen Antriebsflansch 13 und Abtriebsflansch 14 starre Pendelstützen 38 angeordnet. Die Pendelstützen 38 sind über Gelenke 31 mit den Flanschen 13, 14 verbunden. Die Verwendung von starren, also nicht federelastischen Pendelstützen 38 ermöglicht eine Trennung der Funktionen Drehmomentübertragung und Schwingungsentkopplung. Die klare Funktionstrennung ermöglicht es zudem, dass die einzelnen Funktionsbauteile für ihre Aufgabe optimiert werden können.
Die Schwingungsentkopplung, insbesondere in axialer Richtung, erfolgt über ein zwischen den Flanschen 13, 14 angeordnetes Distanzstück 11 als Federelement 7. Das Distanzstück 11 umfasst einen Federkörper 25, der als Schraubenfeder, Tellerfeder und/oder Elastikum ausgeführt ist. Durch den Federkörper 25 werden sowohl Axialschwingungen als auch Torsionsschwingungen gedämpft. Gleichzeitig ermöglicht der Federkörper 25 eine axiale Schwingungsentkopplung der beiden Flansche 13, 14. Die Anzahl der Pendelstützen 38 und/oder der Flanschlaschen 19 ist vorzugsweise gleich oder größer 3.
Bezugszeichenliste

1: Verbindungselement
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: Antriebsstrang
5: Motor
6: Getriebe
7: Federelement
8: Befestigungsabschnitt
9: Abstand
10: Achse
11: Distanzstück
12: Drehbewegung/-richtung
13: Antriebsflansch
14: Abtriebsflansch
15: Anschluss
16: Blickrichtung
17: Tangentialblattfeder
18: Drehwinkel
19: Flanschlasche
20: Anlagefläche
21: Ausdehnung
22: Mittelabschnitt
23: Reibkörper
24: Distanzelement
25: Federkörper
26: Nabe
27: Lagerbuchse
28: Sicherung
29: Rampe
30: Pendelstütze
31: Gelenk
32: Verschiebung
33: Zylindergehäuse
34: Kolbenstange
35: Zugfeder
36: Druckfeder
37: Kolben
38: Pendelstütze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3324008 A1 [0002]
DE 2705598 C3 [0003]
DE 102010049929 A1 [0004]
DE 3239962 A1 [0005]

Claims

Verbindungselement (1) zur Übertragung von Momenten und Kräften bei Drehantrieben, umfassend zumindest ein Federelement (7, 17), das zwischen einer Antriebswelle (2) und einer Abtriebswelle (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (7, 17) mit einem Befestigungsabschnitt (8) an der Antriebswelle (2) und mit einem anderen Befestigungsabschnitt (8) an der Abtriebswelle (3) befestigt ist, wobei der an der Antriebswelle (2) befestigte Befestigungsabschnitt (8) und der an der Abtriebswelle (3) befestigte Befestigungsabschnitt (8) einen axialen Abstand (9) aufweisen.
Verbindungselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (2) einen Antriebsflansch (13) und/oder die Abtriebswelle (3) einen Abtriebsflansch (14) aufweisen, wobei der Antriebsflansch (13) und/oder der Abtriebsflansch (14) starr mit geringer elastischer Verformbarkeit oder als Federelement (7, 17) mit hoher elastischer Verformbarkeit ausgeführt sind.
Verbindungselement (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Federelemente (7, 17) als eine Tangentialblattfeder (17) ausgeführt ist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (13) und/oder der Abtriebsflansch (14) wenigstens drei radial außen positionierte Anschlüsse (15) aufweist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (15) von Antriebsflansch (13) und Abtriebsflansch (14) zueinander verdreht positioniert und/oder jeweils in einer Ebene angeordnet sind.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (13) und/oder der Abtriebsflansch (14) für jeden Anschluss (15) eine radial erstreckte Flanschlasche (19) aufweist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Tangentialblattfeder (17) zwischen einem Anschluss (15) des Antriebsflansches (13) und einem tangential benachbarten Anschluss (15) des Abtriebsflansches (14) erstreckt ist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Tangentialblattfeder (17) zwischen einem Anschluss (15) des Antriebsflansches (13) und einem tangential benachbarten Anschluss (15) des Antriebsflansches (13) erstreckt ist und/oder wenigstens eine Tangentialblattfeder (17) zwischen einem Anschluss (15) des Abtriebsflansches (14) und einem tangential benachbarten Anschluss (15) des Abtriebsflansches (14) erstreckt ist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (13) und/oder der Abtriebsflansch (14) an wenigstens einem Anschluss (15) eine Anlagefläche (20) aufweist, wobei zumindest eine Anlagefläche (20) zu einer zur Achse (10) senkrechten Ebene geneigt ist.
Verbindungselement (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) ein Distanzstück (11) positioniert ist.
Verbindungselement (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzstück (11) aus einem Federkörper (25) und zwei aufeinander wirkenden Reibkörpern (23) besteht, wobei die Reibkörper (23) von dem Federkörper (25) gegeneinander gedrückt sind.
Verbindungselement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Flächen der Reibkörper (23) wenigstens eine Rampe (29) aufweisen, welche zur Normalenebene der Achse (10) geneigt ist.