DE102020200364A1 - Dämpfungselement für Welle-/Nabeverbindungen und Bauteileverbund - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) für Welle-/ Nabeverbindungen, wobei das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) im Bereich einer Außenkontur (14; 23; 26; 28; 33) mit einem ersten Bauteil (1) und im Bereich einer Innenkontur (15; 22; 24; 25; 27; 29) mit einem zweiten Bauteil (2) zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) verbindbar ist, und wobei das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement für Welle-/Nabeverbindungen, wie es insbesondere als Bestandteil eines Bauteileverbunds zur Drehmomentübertragung, beispielsweise im Rahmen der Elektromobilität, eingesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteileverbund unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements.
- Stand der Technik
- Aus der
WO 2009/094970 A1 - Weiterhin ist es aus der
DE 10 2012 008 995 A1 bekannt, bei einem Stabilisator zur Verwendung bei Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen den Stabilisator rohrförmig auszubilden und aus mehreren, eine unterschiedliche Orientierung aufweisenden Lagen von Fasern eines faserverstärkten Kunststoffs herzustellen. An gegenüberliegenden axialen Endbereichen des Stabilisators ist dieser durch jeweils eine Pressverbindung mit einem Längsarm unmittelbar verbunden. Die unterschiedlich orientierten Faserausrichtungen im Stabilisator dienen insbesondere der Steigerung von Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit. - Offenbarung der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Dämpfungselement für Welle-/Nabeverbindungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es neben einer besonders hohen Dauerbelastbarkeit beziehungsweise der Möglichkeit der Übertragung relativ hoher Drehmomente vorteilhafte funktionelle Eigenschaften aufweist. Diese funktionellen Eigenschaften bestehen insbesondere in einer verbesserten Geräuschdämpfung beziehungsweise des Vermeidens der Übertragung oder der Anregung von Schwingungen zwischen einem angetriebenen Bauteil und einem antreibenden Bauteil, die durch das Dämpfungselement miteinander gekoppelt bzw. verbunden werden. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Dämpfungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff auszubilden. Die Verwendung faserverstärkter Kunststoffe hat insbesondere den Vorteil, dass durch eine gezielt ausgebildete bzw. gewählte Orientierung der Fasern innerhalb des Dämpfungselements sich unterschiedliche Eigenschaften in unterschiedliche Achsrichtungen des Dämpfungselements erzielen lassen, um so - je nach Erfordernis - vorteilhafte funktionelle Eigenschaften zu erzielen.
- Allgemein sind thermoplastische Kunststoffe zu bevorzugen, da diese meist eine größere Dämpfung durch die Duktilität aufweisen, als Duroplaste und eine größere Festigkeit besitzen als Elastomere. Gleichzeitig sollte der Kunststoff den Fasern einen guten Halt geben. Bei den Thermoplasten sind u.a. folgende bevorzugt: thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyamide, Polybutylenterephthalat (PBT), Polyetheretherketon (PEEK), POM (Polyoxymethylen). Bei Durplasten sind Epoxidharze und Poylesterharze bevorzugt, die mit entsprechender Additivierung ebenfalls zähmodifiziert werden können. Bei der Faserverstärkung sind v.a. Glas-, Kohlenstoff- und Aramidfasern bevorzugt. Bgzl. Verschleißverhalten sind Kohlenstofffasern und Aramidfasern den Glasfasern vorzuziehen. Der Faservolumenanteil stellt einen Kompromiss aus Festigkeit und Dämpfungseigenschaften dar. Hierbei wird ein Volumenanteil in einem Bereich von größer oder gleich 30 bis kleiner oder gleich 40% Fasern bevorzugt. Bei größerem Anteil der Fasern werden Steifigkeit und Festigkeit verbessert, aber die Werkstoffdämpfung reduziert. Bei einem geringen Faservolumenanteil ist die Entwicklung natürlich genau umgekehrt.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dämpfungselements für Welle-/Nabeverbindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
- In ganz besonders bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Dämpfungselements ist es vorgesehen, dass die Orientierung von Fasern im Dämpfungselement derart ist, dass das Dämpfungselement in zumindest zwei Richtungen unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere unterschiedliche E-Module, aufweist.
- Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement hülsenförmig ausgebildet ist. Dabei lässt sich durch die Festlegung der Länge der Hülse auch das maximal zu übertragende Drehmoment festlegen bzw. die Länge der Hülse orientiert sich an dem zu übertragenden Drehmoment.
- Hinsichtlich der Geometrie beziehungsweise des Querschnitts des Dämpfungselements gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. In einer ersten Variante ist es vorgesehen, dass das Dämpfungselement im Querschnitt eine runde Innen- und/oder Außenkontur aufweist. Derartige Innen- und/oder Außenkonturen eignen sich insbesondere zur Ausbildung von Pressverbindungen im Verbindungsbereich mit den zu verbindenden Bauteilen.
- In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass das Dämpfungselement im Querschnitt eine n-eckige Außenkontur oder n-eckige Innenkontur aufweist. Eine derartige Kontur kann entweder zur Ausbildung einer Formschlussverbindung mit einem gegengleichen Bauteil an dessen Innenkontur oder Außenkontur dienen, oder aber ebenfalls zur Ausbildung einer Pressverbindung im Zusammenhang mit einer runden Gegenkontur genutzt werden.
- In wiederum alternativer Ausgestaltung der Geometrie des Dämpfungselements kann es vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement im Querschnitt eine n-eckige Innenkontur und Außenkontur aufweist. Mittels einer derartigen Kontur des Dämpfungselements lassen sich somit an den beiden Bauteilen, die mit dem Dämpfungselement gekoppelt bzw. verbunden sind, Formschlussverbindungen ausbilden.
- In nochmals abgewandelter Ausgestaltung der Geometrie des Querschnitts des Dämpfungselements kann es vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement im Querschnitt im Bereich einer Innenkontur und/oder einer Außenkontur eine Verzahnungsgeometrie aufweist. Auch derartige Verzahnungsgeometrien dienen insbesondere der Ausbildung von Formschlussverbindungen, können aber gleichzeitig ebenso zur Ausbildung von Pressverbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen verwendet werden.
- Weiterhin umfasst die Erfindung einen Bauteileverbund mit einem soweit beschriebenen erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfungselement, wobei das Dämpfungselement radial zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil angeordnet und drehfest mit den beiden Bauteilen verbunden ist.
- Insbesondere ist es vorgesehen, dass die beiden Bauteile aus Metall bestehen. Auch kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Dämpfungselement und dem ersten und/oder zweiten Bauteil eine reibschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet ist, um die drehfeste Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen zu ermöglichen.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt eine Welle-/Nabeverbindung mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungselement in einem Querschnitt, -
2 eine perspektivische Ansicht auf das Dämpfungselement gemäß1 , -
3 und4 jeweils vergrößerte Darstellungen eines Teilbereichs des Dämpfungselements gemäß2 zur Erläuterung unterschiedlicher Faserorientierungen im Kunststoff des Dämpfungselements und -
5 bis10 jeweils Querschnitte durch unterschiedlich ausgebildete Dämpfungselemente. - Ausführungsformen der Erfindung
- Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
- In der
1 ist ein Bauteileverbund100 in Form einer Welle-/Nabeverbindung dargestellt. Der Bauteileverbund100 umfasst ein erstes Bauteil1 und ein zweites Bauteil2 , die unter Verwendung eines radial zwischen den beiden Bauteilen1 ,2 angeordneten Dämpfungselements10 drehfest miteinander verbunden sind. Der Bauteileverbund100 weist darüber hinaus eine Längsachse12 auf, um die die beiden Bauteile1 ,2 sowie das Dämpfungselement10 gemeinsam drehbar sind. - Bei dem ersten Bauteil
1 handelt es sich um einen hülsenartigen Abschnitt einer Antriebswelle3 und bei dem zweiten Bauteil2 um eine Abtriebswelle4 . Der Bauteilverbund100 findet beispielsweise Verwendung im Rahmen der Elektromobilität zum Antreiben von Rädern oder ähnlichem mittels eines Elektromotors. - Das entsprechend der
2 bis4 aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellte Dämpfungselement10 ist hülsenartig ausgebildet und weist im Bereich seiner Außenkontur14 und seiner Innenkontur15 jeweils Vertiefungen16 ,17 auf, die mit gegengleichen Erhöhungen18 ,19 im Bereich der Antriebswelle3 beziehungsweise der Abtriebswelle4 zusammenwirken, um eine Formschlussverbindung20 auszubilden. Wesentlich ist, dass die in dem Dämpfungselement10 in dem Kunststoff angeordneten Fasern11 derart ausgerichtet beziehungsweise angeordnet sind, dass in zumindest zwei (Raum-) Richtungen, die beispielsweise in der Ebene des Querschnitts des Dämpfungselements10 liegen oder aber in Richtung der Längsachse12 , unterschiedliche Materialeigenschaften erzielbar sind. Diese unterschiedlichen Materialeigenschaften, die sich insbesondere in unterschiedlich hohen E-Modulen ausdrücken, können zur Geräuschdämpfung beziehungsweise zur Verminderung oder Verhinderung von Schwingungen bei der Drehmomentübertragung zwischen den Bauteilen1 und2 genutzt werden. - So ist es in der
3 erkennbar, dass links einer Achse A die Fasern11 , die im Kreuzverbund angeordnet sind, in etwa 45° zur Achse A verlaufen. Demgegenüber sind die rechts neben der Achse A angeordneten, ebenfalls in Kreuzverbund angeordneten Fasern11 in etwa rechtwinklig beziehungsweise parallel zur Achse A bzw. radial zur Längsachse12 angeordnet. Dabei ist in der Praxis in dem Dämpfungselement10 entweder eine einzige Anordnung bzw. Orientierung der Fasern11 entsprechend links oder rechts der Achse A vorgesehen. In der4 ist demgegenüber dargestellt, dass in dem Bereich links neben der Achse A eine undefinierte Orientierung von Fasern11 vorliegt, während in dem Bereich rechts neben der Achse A die Fasern11 radial zur nicht erkennbaren Längsachse12 ausgerichtet sind. Auch hier ist in der Praxis lediglich eine einzige der beiden beschriebenen Orientierungen bzw. Anordnungen der Fasern11 vorgesehen. - In der
5 ist dargestellt, dass das Dämpfungselement10a im Querschnitt eine runde Innenkontur22 und eine runde Außenkontur23 aufweist. Weiterhin weist auch das zweite Bauteil2 eine runde Außenkontur und das erste Bauteil1 eine runde Innenkontur auf. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Dämpfungselement10a und den beiden Bauteilen1 ,2 erfolgt durch Ausbildung von Pressverbindungen durch entsprechende Dimensionierung der Durchmesser. - Die
6 zeigt lediglich das Dämpfungselement10b und das im Querschnitt ringförmig ausgebildete erste Bauteil1 . Das Dämpfungselement10b weist an seiner Innenkontur24 eine n-eckige Form auf, sodass mit einem nicht dargestellten, einen gegengleichen Kontur aufweisenden zweiten Bauteil2 eine Formschlussverbindung zwischen dem Dämpfungselement10b und dem zweiten Bauteil2 ausbildbar ist. - Das Dämpfungselement
10c gemäß der7 weist sowohl im Bereich seiner Innenkontur25 als auch im Bereich seiner Außenkontur26 jeweils eine n-eckige Form auf. Hier wird zwischen dem ersten Bauteil1 und der Außenkontur26 des Dämpfungselements10c eine Pressverbindung ausgebildet. - Das Dämpfungselement
10d gemäß der8 unterscheidet sich von dem Dämpfungselement10c gemäß der7 dadurch, dass dessen Innenkontur27 eine runde Form aufweist. Die Verbindung zwischen dem Dämpfungselement10d und dem nicht gezeigten zweiten Bauteil2 erfolgt durch eine Pressverbindung. - Das Dämpfungselement
10e gemäß der9 weist an seiner Außenkontur28 eine n-eckige Form auf, während an seiner Innenkontur29 eine Zahngeometrie30 ausgebildet ist. Hier findet zwischen der Außenkontur28 des Dämpfungselements10e und der Innenkontur des ersten Bauteils1 eine Pressverbindung statt, während zwischen der Innenkontur29 des Dämpfungselements10e und dem nicht gezeigten zweiten Bauteils2 entweder eine Formschlussverbindung oder eine Pressverbindung ausbildbar ist. - Zuletzt ist in der
10 ein Dämpfungselement10f dargestellt, dass sich von dem Dämpfungselement10e gemäß der9 dadurch unterscheidet, dass die Außenkontur33 des Dämpfungselements10f rund ausgebildet ist. Dadurch wird zwischen der Außenkontur33 des Dämpfungselements10f und der Innenkontur des ersten Bauteils1 zur Drehmomentübertragung eine Pressverbindung ausgebildet. - Das soweit beschriebene Dämpfungselement
10 ,10a bis10f beziehungsweise die Bauteile1 ,2 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt beziehungsweise modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. - 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
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- WO 2009/094970 A1 [0002]
- DE 102012008995 A1 [0003]
Claims (10)
- Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) für Welle- / Nabeverbindungen, wobei das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) im Bereich einer Außenkontur (14; 23; 26; 28; 33) mit einem ersten Bauteil (1) und im Bereich einer Innenkontur (15; 22; 24; 25; 27; 29) mit einem zweiten Bauteil (2) zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (1, 2) verbindbar ist, und wobei das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist.
- Dämpfungselement nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Fasern (11) im Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) derart ist, dass das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) in zumindest zwei Richtungen unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere unterschiedliche E-Module, aufweist. - Dämpfungselement nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) hülsenförmig ausgebildet ist. - Dämpfungselement nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10a; 10b; 10d; 10f) im Querschnitt eine runde Innenkontur (22; 27) und/oder Außenkontur (23; 33) aufweist. - Dämpfungselement nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10b; 10d) im Querschnitt eine n-eckige Außenkontur (26) oder n-eckige Innenkontur (24) aufweist. - Dämpfungselement nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10c) im Querschnitt eine n-eckige Innenkontur (25) und eine n-eckige Außenkontur (26) aufweist. - Dämpfungselement nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (10; 10e; 10f) im Querschnitt im Bereich einer Innenkontur (29) und/oder einer Außenkontur (14) eine Verzahnungsgeometrie (30) aufweist. - Bauteileverbund (100), mit einem Dämpfungselement (10; 10a bis 10f), das nach einem der
Ansprüche 1 bis7 ausgebildet ist und radial zwischen einem ersten und zweiten Bauteil (1, 2) angeordnet und drehfest mit den beiden Bauteilen (1, 2) verbunden ist. - Bauteileverbund nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) aus Metall bestehen. - Bauteileverbund nach
Anspruch 8 oder9 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dämpfungselement (10; 10a bis 10f) und dem ersten und/oder zweiten Bauteil (1, 2) eine reibschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
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