DE2124924A1

DE2124924A1 - Torsions oder Drehstab

Info

Publication number: DE2124924A1
Application number: DE19712124924
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1972-01-13
Also published as: BE767365A; ES197052Y; NL7108160A; GB1358558A; FR2099149A5; CA933195A; ES197052U

Description

Torsions- oder Drehstab

Die Erfindung betrifft einen Torsions- oder Drehstab, bestehend aus eine« langgestreckten Stabelenent, das an seinen Endabschnitten Verbindungsmittel, wie kerbverzahnte Stabköpfe zum Anschluß an geeignete Anschlagmittel aufweist, und bezieht sich insbesondere auf die Schaffung eines verbesserten Torsions- oder Drehstabes mit einer größeren Lebensdauer und einer besseren Elastizität als bisher.

Torsions- oder Drehstäbe sind als solche bekannt und finden auf den verschiedensten Gebieten Anwendung· Grundsätzlich

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werden Torsions- und Drehstäbe für die Übertragung von Drehmomenten oder für die Aufnahme und Dämpfung von Belastungen verwendet, wobei in letzterem Falle der Torsions- oder Drehstab eine Feder oder einen Stoßdämpfer bildet. Solche Torsionsstäbe werden in verschiedenen Arten von Haschinen eingesetzt, wo sie Drehmomente übertragen und in Form einer Welle oder Achse ausgebildet sind« Xn Fahrzeugen und bei anderen Anwendungsgebieten werden sie als Stoßdämpfer oder Federn eingesetzt, wobei der bekannteste derartige Anwendungsfall die Verwendung bei Kraftfahrzeugen anstelle der üblichen Federaufhängung der Fahrzeugräder oder Fahrzeugachsen ist«

Torsions- oder Drehstäbe können aus verschiedenen Materialien bestehen und sind an ihren äußeren oder freien Enden mit geeigneten Anschlußmitteln in Form von Nuten, Keilverzahnungen oder dgl« versehen, durch die sie an die Hilfe- oder Zusatzbauteile oder -elemente angeschlossen werden, zwischen denen sie ein Drehmoment übertragen sollen oder zwischen denen sie als Feder oder Stoßdämpferelement angeordnet sind· Generell gesprochen werden Torsions- oder Drehstäbe einer Spezialbehandlung unterzogen, um ihre Festigkeit und Dauerhaftigkeit zu erhöhen und einer Materialermüdung entgegenzuwirken, die verursacht wird durch die Tendenz zu einer elastischen Drehung der Torsions- oder Drehstababschnitte gegenüber in Längsrichtung benachbarten Abschnitten, was durch das an dem Torsions- oder Drehstab angreifende Drehmoment hervorgerufen wird.

Trotz der verschiedenen bekannt gewordenen Bearbeitungs- und Behandlungsverfahren der Torsionsstäbe zur Verbesserung ihrer Eigenschaften, und trotz der Verwendung verbesserter Materialien, insbesondere verbesserter Stahlsorten und verbesserter Oberflächenbearbeitungen der Drehstäbe, ist die Lebensdauer sol·» eher Stäbe wegen der unvermeidbaren Materialermüdung begrenzt. Es leuchtet ein, daß Augenblicke auftreten können, bei denen

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der Bruch, eines Torsions- oder Drehstabes aufgrund von
Materialermüdung unerwünscht ist und sogar verheerende
Folgen haben kann, und daß es deshalb erwünscht wäre, die
Lebensdauer der Torsions- oder Drehstäbe zu steigern unter
gleichzeitiger Verringerung der Gefahr, daß solche Schadensfälle auftreten. Nichtsdestoweniger ist bisher kein tatsächlich wirkungsvoller Vorschlag gemacht worden, um eine solche Steigerung oder Verlängerung der Lebensdauer der Torsionsoder Drehstäbe zuwege zu bringen·

Der Erfindung liegt daher ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Torsions- oder Drehstab zu schaffen, der
nicht die Nachteile der bisher bekannten Stäbe aufweist und
der in sich die oben als erwünscht dargelegten Vorteile verkörpert· Xnsbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, einen
verbesserten Torsions- oder Drehstab zu schaffen, der eine
größere Lebensdauer als die bekannten Drehstäbe hat· Dieser
verbesserte Drehstab soll nicht nur eine größere Elastizität haben sondern auch für eine bessere Federwirkung und bessere Stoßdämpfungseigenschaften sorgen·

Diese Aufgabe findet ihre Lösung ausgehend von einem Torsions- oder Drehstab der eingangs erwähnten Art gemäß der
Erfindung durch mindestens eine Längsaussparung in dem
Stabelement im Abstand von dessen Außenumfang·

Diese Längsaussparung gemäß der Erfindung erlaubt eine elastische Verformung der Längsabschnitte des Torsions- oder
Drehstabes in einer Weise, die zu einer Verringerung des
Stabdurchmessers bei Belastung des Stabes führt· Xn gleichem Maße wie sich der Stabdurohmesser verringert, werden die
Belastungen oder Beanspruchungen völlig absorbiert ohne jede Abhängigkeit dieses mechanischen Effektes von einer Molekülverlagerung oder -verschiebung, wie es bei herkömmlichen

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Torsionsstäben der Fall ist· Es ist diese Erscheinung, die bei der Abhängigkeit bekannter Torsionsstäbe von der Anpassung der Moleküle des Materials an die an dem Stab angreifenden Beanspruchungen und Belastungen zum Auftreten von Rissen und letztlich zum Bruch des Stabes führt. Dies wird mit der vorliegenden Erfindung vermieden*

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen· In der Zeichnung zeigen

Fig· 1 eine schematisehe Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Torsions- oder Drehstabes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie XI-XI von Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines solchen Drehstabes und

Fig. k eine Fig· 3 ähnliche Teilseitenansicht einer

weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung·

In allen vier Zeichnungsdaratellungen ist der Torsions— oder Drehstab als solcher mit 1 bezeichnet· Das langgestreckte Stabelement ist an seinen gegenüberliegenden Endabschnitten mit Anschlußmitteln 2 versehen zum Anschluß an Zusatzbauteile oder -elemente, mit denen das Drehstabelement verbunden werden soll. Diese Anschlußmittel sind hier in Form von Nuten an den Endabschnitten des Drehstabelementes vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß sie mit entsprechenden Vorsprüngen an den nicht dargestellten Zusatzelementen in Eingriff stehen können. Es versteht sich jedooh, daß die Kerb-

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verzahnungen auch durch geeignete andere Mittel ersetzt werden können zum Herstellen einer mechanischen Verbindung für die Momentenübertragung, wie z.B. Kei!verbindungen nach Art von Scheibenkeilen (sogenannte Woodruff-Keys) oder ähnlichen Mitteln*

Das Neue gemäß der Erfindung beruht auf der Anordnung einer mittigen Aussparung oder Bohrung 3» die sich durch das Drehstabelement erstreckt und bei dem in Fig· 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen gleichbleibenden Querschnitt über seine gesamte Länge aufweist«

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist analog dem von Fig· 1 ausgebildet mit der Ausnahme, daß hier der Mittelteil des Torsionsstabes 1 mit dem Bezugszeichen 1a bezeichnet ist und außen einen gleichbleibenden Querschnitt hat, während die Endabschnitte an den gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnittes 1a mit dem Bezugszeichen 1b bezeichnet sind und einen Querschnitt haben, der in Richtung auf ihre Verbindung mit dem Mitteibschnitt 1a konvergiert· Zusätzlich ist hier die Aussparung oder Bohrung durch das Toreionsetabelement mit zwei Bezugszeichen gekennzeichnet, nämlich dem Bezugszeichen 3» für einen Mittelabschnitt im Mittelteil 1a des Drehstabelementes mit einem gleichbleibenden Querschnitt, und zwei Endabsohnitten 3h, von denen jeder in einem der Endabschnitte 1b angeordnet ist und dessen Querschnitt in Richtung auf den Mittelabschnitt 3a konvergiert. Es sei jedoch ausdrücklich hervorgehoben, daß es ebenso möglich ist, den Abschnitt Ja. wegzulassen und die Abschnitte 3b in der Mitte der Aussparung oder Bohrung einander treffen zu lassen, indem jeder der Abschnitte 3h entsprechend langer gemacht wird. Selbstverständlich gilt das gleiche für die Gestaltung des Torsionsstabes 1 insofern, als der Abschnitt 1a weggelassen werden könnte und die Abschnitte 3b verlängert werden könnten, so daß sie sich in der Mitte des

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Torsionsstabteiles treffen. Ebenso könnten in Fig. 3 wie auch in Pig. 1 die Nuten bzw. Kerbverzahnungen 2 durch andere Anschlußmittel ersetzt werden.

In Fig. 4, in der die Endabschnitte mit den Anschlußmitteln nicht dargestellt sind, da sie ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführnngsbeispielen ausgebildet sein können, ist dargestellt, daß der Drehstab 1 einen sich über seine ganze Länge kontinuierlich verjüngenden Querschnitt haben kann, und daß die Aussparung oder Bohrung 3* in ähnlicher Weise einen sich über ihre ganze Länge kontinuierlich verjüngenden Querschnitt haben kann, wobei die Verjüngung in ein und derselben Richtung verläuft sowohl für das Stabelement als auch für die Aussparung oder Bohrung 3'· Selbstverständlich könnten die Verjüngungen auch in wechselseitig entgegengesetzten Richtungen verlaufen, und es ist für die Querschnittsgestaltung des Drehstabelementes in Fig. k ebenso wie in anderen Figuren möglich, daß es einen abgestuften Querschnitt hat statt eines gleichbleibenden oder kontinuierlich konvergierenden Querschnittes, und das gleiche gilt für die Querschnittsgestaltung der Mittelaussparung oder -bohrung«

Sofern die Mittelaussparung oder -bohrung einen gleichbleibenden Querschnitt hat, wird si· vorzugsweise einen zylindrischen Außenumfang haben.

Wie das Material von dem entsprechenden Torsionsstabelement entfernt werden kann, um die Mittelaussparung oder-bohrung herzustellen, ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung, da jedes bekannte und geeignete Material-Abtragungsverfahren und jede geeignete Vorrichtung Verwendung finden kann, und es ist sogar denkbar, das Torsionsstabelement von vornherein mit dem Durchgang oder der Mittelbohrung auszubilden.

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Die vorliegende Erfindung führt zu einen Torsion·- oder Drehstab, dessen Widerstandsfähigkeit gegen Materialermüdungserscheinungen praktisch unbegrenzt ist im Vergleich zu einem Drehstab mit identischen Abmessungen bekannter Art, der jedoch einen massiven Stabquerschnitt hat. Der Vorteil der Erfindung beruht auf der größeren Elastizität, die das Material des Torsionsstabes durch das Fehlen des Materials in der Stabmitte erhält, d.h. durch das Fehlen des Materials in der Längsaussparung oder -bohrung, wobei dieser Vorteil jedoch ohne Verringerung der Festigkeit des Stabes in irgendeiner Weise erreicht wird.

Zusätzlich zur Erzielung einer größeren Elastizität und einer stark verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen Materialermüdung hat der erfindungsgemäße Torsions- oder Drehstab verbesserte Stoßdämpfungseigenschaften aufgrund der progressiven Querschnittsänderung in Richtung der Längsachse des Torsionsstabes, was zu einer Änderung der Toreions- oder Drehwinkel von Abschnitt zu Abschnitt führt, wenn der Stab unter Torsionsspannung gesetzt wird. Wegen dieser letzteren Verbesserung kann der erfindungsgemäße Torsionsstab auch als eine äußerst wirkungsvolle und langlebige Feder Verwendung finden im Austausch g^gen Federn verschiedenster Art, wie z.B. Halbelliptik-Blattfedern, ebene Blattfedern, Schraubenfedern und andere Arten von Federn.

Wie bereits angedeutet, kann die Ausbildung oder Gestalt des Torsionsstabes hinsichtlich des Außendurchmessers in vielerlei Art und Weise variiert werden. Der Außendurchmesser oder der Außenquerschnitt des Stabes kann konstant sein oder über die Stablänge variieren, wie anhand einiger Beispiele gezeigt, wobei die in einem besonderen Fall jeweils erforderlichen oder erwünschten Änderungen durch den Fachmann leicht berechnet werden können. Durch Änderung des

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Durchmessers an verschiedenen Abschnitten des Stabes und entsprechende Änderung des Stabquerschnittes können Torsi onsbeanspruchungen wie gewünscht auf bestimmte Abschnitte oder Bereiche über die Stablänge verteilt werden· Dies kann z.B. erreicht werden durch Verteilung der Belastungen auf* den geraden Mittelabschnitt des Stabes, wie in Fig· 3 gezeigt. Bei Stäben, die einen nicht gleichbleibenden Durchmesser und Querschnitt haben, kann somit eine elastische Änderung der Torsionswinkel der Stababschnitte in Bezug aufeinander erreicht werden, um dadurch für eine vollständigere Absorption der auf den Stab wirkenden Belastungen und Beanspruchungen zu sorgen»

Selbstverständlich können jedes der oben beschriebenen Elemente oder zwei oder mehr Elemente zusammen auch eine nützliche Anwendung bei andersartigen Konstruktionen finden, die sich von den oben beschriebenen Typen unterscheiden· Mit anderen Worten kann die Erfindung auf sämtlichen Gebieten mit Vorteil Anwendung finden, wo der Einsatz von derartigen Torsions- oder Drehstäben erforderlich oder erwünscht ist·

Patentansprüche

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Claims

Patentanspruch.«

.) Torsions- oder Drehstab, bestehend aus einem langgestreckten Stabelement, das an seinen Endabschnitten Verbindungsmittel, wie kerbverzahnte Stabköpfe, zum Anschluß an geeignete Anschlußmittel aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine Längsaussparung (3> 3a, 3b, 3') in dem Stabelement (1, 1a, 1b) im Abstand von dessen Außenumfang·

2, Stab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsaussparung (3, 3a, 3b, 3') das Stabelement mittig durchsetzt.

3. Stab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsaussparung (3) in Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist·

k. Stab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsaussparung (3a* 3b, 3¹) einen in Längsrichtung divergierenden Querschnitt aufweist»

5· Stab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsaussparung (3¹) einen in Längsrichtung gleichmäßig divergierenden Querschnitt aufweist.

6« Stab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsauesparung (3a, 3b) einen Mittelabsohnitt (3a) und ein von dessen gegenüberliegenden Enden ausgehendes Paar von Endabadmitten (3b) aufweist, die jeder einen zu dem Mittelabschnitt (3a) entsprechend divergierenden Quer-

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schnitt haben.

7· Stab nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabechnitt (3^a) in Längsrichtung «inen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.

8. Stab-nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabelement (1) einen in Längsrichtung sich ändernden Querschnitt aufweist·

9. Stab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabeleeent (1) einen Mittelabschnitt (1a) gleichbleibenden Querschnitts zwischen Endabschnitten (1b) aufweist, deren Querschnitte in Richtung auf den äußeren Abschnitt konvergieren«

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