WO2014202185A1 - Torsionsfederelement - Google Patents

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WO2014202185A1
WO2014202185A1 PCT/EP2014/001495 EP2014001495W WO2014202185A1 WO 2014202185 A1 WO2014202185 A1 WO 2014202185A1 EP 2014001495 W EP2014001495 W EP 2014001495W WO 2014202185 A1 WO2014202185 A1 WO 2014202185A1
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WO
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spring element
receptacles
torsion spring
secant
zero position
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PCT/EP2014/001495
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Schmitt
Uwe Kessels
Original Assignee
Audi Ag
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Publication date
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    • F16F2236/08—Torsion

Definitions

  • the present invention relates to a torsion spring element having at least two axially spaced apart and rotatable relative to each other spring element receptacles, and at least one radially spaced from the axis of rotation and connecting the spring element receiving elastic spring element.
  • Such torsion spring elements allow a relative pivotal movement of the spring element receptacles and the correspondingly attached components about the common axis of rotation.
  • a possible application for a torsion spring element of the type mentioned is found in the automotive industry in the chassis of a vehicle. Here, for example, it is necessary to record the vibration excitations introduced by the roadway via the wheels.
  • DE 100 26 119 A1 discloses an elastic torsion spring element, which has a first inherently rigid connection part, a second inherently rigid connection part and at least three end-to-end mounted on the two connection parts and extending between these shape-changing connecting parts, wherein the connecting parts, the torsional forces and / or Movements around a main axis of the Torsionsfederelements mediate between the connecting parts.
  • the connecting parts are arranged rotationally symmetrical to the main axis and have, at least in a plurality of functional positions of the Torsionsfederelements, between the two connecting parts on a helically curved around the main axis around course with variable pitch.
  • the helical design of the connecting parts requires but that the structural element is effective only in one direction of rotation and in the other direction has a significant idle until the connecting parts take effect.
  • the CN 1749593 A shows a generic Torsionsfederlement with two axially spaced apart and rotatable relative to each other, disk-shaped spring element receptacles, as well as a plurality of radially spaced from the axis of rotation and the spring element receiving connecting elastic spring elements.
  • the spring elements are formed as strips of elastic material and mounted firmly in the spring element receptacles. With a relative rotation of the spring element receptacles about the common axis of rotation, the spring elements are bent accordingly, whereby a restoring force is exerted on the spring element receptacles. However, this results in a shortening of the total length of the Torsionsfederelements.
  • the object of the present invention is therefore to provide an alternative embodiment of a torsion spring element.
  • a torsion spring element has at least two axially spaced apart and rotatable relative to each other spring element receptacles, and at least one radially spaced from the axis of rotation and the spring element recordings connecting elastic spring element, the at least one elastic spring element, at a relative rotational deflection of the spring element recordings out of the zero position, lengthened and experiencing an axial force with an axial force vector and a secant force with a secant force vector, the direction of the secant force vector depending on the displacement from the null position, and the secant force by means of a perpendicular on the secant force vector to the axis of rotation extending lever arm, a restoring moment on the spring element picking exercises.
  • the torsion spring element speaks in a deflection from the zero position out in both directions, preferably evenly with a directed to the zero position restoring moment.
  • the restoring moment is not generated by a bending stress of the spring elements, but by their elongation, resulting in a secant force with a secant force vector.
  • the secant force generates this restoring moment by means of the lever arm, which is perpendicular to the secant force vector and directed to the axis of rotation. It is important that the spring elements are elastic, so return to their initial state after elimination of the applied force, since in this way the restoring moment is generated on the spring element recordings.
  • the spring element receptacles are constantly spaced from each other by means of a shaft forming the axis of rotation.
  • the shaft is preferably provided with corresponding bearings to improve the rotatability, so that the behavior of the torsion spring element occurs smoothly when introducing a torque.
  • the shaft consists of a hollow shaft with a rotatably mounted therein solid shaft. A constant spacing supports the restoring moment generated by the elongation of the spring elements.
  • the spring element receptacles are constantly spaced from one another via a housing that rotatably supports the spring element receptacles.
  • the housing indirectly defines the axis of rotation of the spring element receptacles and at least partially surrounds them in a protective manner. This allows on the one hand connect the constant spacing of the spring element recordings and on the other hand, the protection of the components together.
  • the housing is preferably constructed as a hollow cylinder with two cutouts arranged on both sides (base and top surface) for mounting the spring element receptacles and, for better availability, consists of two shell-shaped housing halves.
  • the spring element receptacles are disc-shaped.
  • Disc-shaped images offer advantages in terms of space utilization.
  • the length of the lever arm can be controlled to the receiving points of the spring elements, which in turn affects the restoring torque.
  • other topology-optimized forms eg polygons
  • the spring element receptacles each have corresponding pins, which are looped around by the at least one spring element.
  • the pins can be integrally formed with the spring element receptacles or joined with them (screwed, pressed).
  • the concrete shape of the pin should support the introduction of force into the spring elements and in particular to avoid undesirable load conditions.
  • the pins are arranged distributed over a radial lateral surface of the spring element receptacles.
  • the at least one spring element in the zero position exerts a defined axial force on the associated spring element receptacles. By this bias, the response of the Torsionsfederelements can influence specifically.
  • the resulting axial force results in a deflection of the spring element recordings from the zero position in the at least one spring element to an elastic deflection of at least one of the associated spring element recordings. Due to the additional elastic bending of the spring element receptacles toward one another, the spring characteristic of the entire torsion spring element can be further influenced.
  • the at least one spring element consists of a glass fiber reinforced plastic.
  • Glass fibers have the advantage that they are inexpensive, have a relatively high elongation at break, absorb almost no moisture, and have a low modulus of elasticity with high strength and low creep.
  • other fiber types such as carbon fibers, aramid fibers or natural fibers can be used.
  • the fiber types mentioned can be embedded in a matrix of a resin for extending the service life. Another possibility is the use of spring steel strips or elastomers.
  • Fig. 1a is an isometric view of a torsion spring element in zero position
  • Figure 1 b is an isometric view of a torsion spring element with a deflection from the zero position.
  • Fig. 2a is a side view of a first embodiment of a Torsionsfederelements;
  • FIG. 2b shows a sectional view of a first embodiment of a Torsionsfederelements
  • FIG. 3a shows a side view of a second embodiment of a Torsionsfederelements
  • FIG. 3b is a sectional view of a second embodiment of a Torsionsfederelements
  • FIG. 4 is a sectional view of a third embodiment of a Torsionsfederelements
  • Fig. 5 is a schematic representation of the forces acting in a front view
  • Fig. 6 is a schematic representation of the forces acting in a plan view.
  • a torsion spring element 1 has two spring element receptacles 2, which are constantly axially spaced apart from each other via a shaft 4.
  • the shaft 4 forms an axis of rotation D, around which the two spring element receptacles 2 can rotate relative to each other upon application of a torque.
  • Each of the two spring element receptacles 2 has a plurality of axially projecting from the lateral surface pin 5, which are so entwined by elastic spring elements 3, that the pins 5 of the opposite spring element receptacles 2 are each connected in pairs. Torques of the components which can be connected thereto can be inserted into the torsion spring element 1 via the spring element receptacles 2. be directed.
  • the torsion spring element 1 is in the zero position, while in Fig. 1b, the torsion spring element 1 has a deflection from the zero position.
  • the spring elements 3 are elongated by the acting forces and therefore exert a restoring moment in the direction of zero position on the spring element receptacles 2.
  • a first embodiment of a torsion spring element 1 has two spring element receptacles 2, which are constantly axially spaced apart from one another via a shaft 4.
  • the shaft 4 forms an axis of rotation D, around which the two spring element receptacles 2 can rotate relative to each other upon application of a torque.
  • the shaft 4 consists of a hollow shaft 4 a, which is rotatably connected to one of the two spring element receptacles 2, and a solid shaft 4 b, which is rotatably connected to the other spring element receptacle 2.
  • the solid shaft 4b is rotatably mounted in the hollow shaft 4a.
  • Each of the two spring element receptacles 2 has a plurality of axially projecting from the lateral surface pin 5, which are so entwined by elastic spring elements 3, that the pins 5 of the opposite spring element receptacles 2 are each connected in pairs.
  • the spring elements 3 hold by the axial tension and the composite of hollow shaft 4a and 4b solid shaft together. Torques of the components which can be connected thereto can be introduced into the torsion spring element 1 via the spring element receptacles 2.
  • a second embodiment of a torsion spring element 1 has two spring element receptacles 2 which are constantly axially spaced apart from one another via a shaft 4.
  • the shaft 4 forms an axis of rotation D, around which the two spring element receptacles 2 can rotate relative to each other upon application of a torque.
  • Each of the two spring element receptacles 2 has a plurality of axially projecting from the lateral surface pin fifth auf, which are so wrapped in elastic spring elements 3, that the pins 5 of the opposite spring element receptacles 2 are each connected in pairs.
  • the spring elements 3 hold by the axial tension and the composite of shaft 4 and recess 4c together. Torques of the components which can be connected thereto can be introduced into the torsion spring element 1 via the spring element receptacles 2.
  • a third embodiment of a torsion spring element 1 has two spring element receptacles 2 which are constantly axially spaced apart from one another via a housing 6.
  • the housing 6 thereby defines an axis of rotation D, around which the two spring element receptacles 2 can rotate relative to each other upon application of a torque.
  • the housing 6 is formed substantially hollow cylindrical and is preferably assembled from two housing halves, so that the housing 6 can store the spring element receptacles 2 rotatable in corresponding recesses and at least partially surrounds them.
  • Each of the two Federeiement- receptacles 2 has a plurality of axially projecting from the lateral surface pin 5, which are so wrapped by elastic spring elements 3, that the pin 5 of the opposite spring element receptacles 2 are each connected in pairs. Torques of the components which can be connected thereto can be introduced into the torsion spring element 1 via the spring element receptacles 2.
  • Fig. 5 shows the forces acting in one of the spring elements in frontal view of the (not shown) Torsionsfederelement, being selected as a reference spring receiving element 2 and the other spring element receptacle 2 (both not shown) relative to a radial angle of rotation ⁇ of the zero position A in the deflection B has been deflected.
  • the radius R is the distance from the connection point of the spring element to the spring element receiving and the rotation axis D.
  • the radius R is constant in the zero position A and the deflection B.
  • the spring element acts at Deflection B a secant force with a secant force vector E.
  • the lever arm H connects the rotation axis D with the secant force vector E, the lever arm H is perpendicular to the secant force vector E.
  • the secant force exerts a restoring moment M on the spring element receptacles by means of the lever arm D defined by the secant force vector E, which always forces the latter back towards the zero position A.
  • the secant force in the secant force vector E can be determined as follows:
  • Fig. 6 shows the forces acting in one of the spring elements in plan view of the (not shown) Torsionsfederelement, being selected as a reference spring receiving element and the other spring element receptacle (both not shown) relative thereto by an axial rotation angle ⁇ of the zero position A in the deflection B was deflected.
  • the axial force vector X and the secant force vector E clamp the spring element force vector L in the resulting force triangle.
  • the mutual dependencies can be calculated with the following formulas, wherein R defines the distance between the spring element and the axis of rotation D as a radius (see FIG. 5):
  • the elongation of the spring element can be determined by the following formulas:

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Abstract

Torsionsfederelement (1) mit mindestens zwei axial voneinander beabstandet angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Federelementaufnahmen (2), sowie mindestens einem radial von der Drehachse D beabstandeten und die Federelementaufnahmen (2) verbindenden elastischen Federelement (3), wobei das mindestens eine elastische Federelement (3), bei einer relativen rotatorischen Auslenkung B der Federelementaufnahmen (2) aus der Nulllage A heraus, gelängt wird und dabei eine Axialkraft mit einem Axialkraftvektor X und eine Sekantenkraft mit einem Sekantenkraftvektor E erfährt, wobei die Richtung des Sekantenkraftvektors E von der Auslenkung B aus der Nulllage A abhängt und die Sekantenkraft, mittels einem senkrecht von dem Sekantenkraftvektor E zur Drehachse D verlaufenden Hebelarm H, ein Rückstellmoment M auf die Federelementaufnahmen (2) ausübt.

Description

Beschreibung
Torsionsfederelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsfederelement mit mindestens zwei axial voneinander beabstandet angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Federelementaufnahmen, sowie mindestens einem radial von der Drehachse beabstandeten und die Federelementaufnahmen verbindenden elastischen Federelement.
Derartige Torsionsfederelemente erlauben eine relative Schwenkbewegung der Federelementaufnahmen und der entsprechend daran befestigten Bauteile um die gemeinsame Drehachse. Eine mögliche Anwendung für ein Torsionsfederelement der eingangs genannten Art findet sich im Automobilbau im Bereich des Fahrwerks eines Fahrzeugs. Hier gilt es beispielsweise die von der Fahrbahn über die Räder eingebrachten Schwingungsanregungen aufzunehmen.
Die DE 100 26 119 A1 offenbart ein elastisches Torsionsfederelement, das ein erstes in sich starres Anschlussteil, ein zweites in sich starres Anschlussteil und mindestens drei endseitig an den beiden Anschlussteilen gelagerte und zwischen diesen verlaufende formveränderliche Verbindungsteile aufweist, wobei die Verbindungsteile die Torsionskräfte und/oder -bewegungen um eine Hauptachse des Torsionsfederelements zwischen den Anschlussteilen vermitteln. Die Verbindungsteile sind rotationssymmetrisch zu der Hauptachse angeordnet und weisen, zumindest in einer Mehrzahl von Funktionsstellungen des Torsionsfederelements, zwischen den beiden Anschlussteilen einen helikal um die Hauptachse herum gekrümmten Verlauf mit veränderlicher Steigung auf. Die helikale Ausbildung der Verbindungsteile bedingt je- doch, dass das Konstruktionselement nur in einer Drehrichtung wirksam ist und in der anderen Richtung einen erheblichen Leerlauf aufweist, bis die Verbindungsteile wirksam werden.
Die CN 1749593 A zeigt ein gattungsgemäßes Torsionsfederlement mit zwei axial beabstandet voneinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren, scheibenförmigen Federelementaufnahmen, sowie mehreren radial von der Drehachse beabstandeten und die Federelementaufnahmen verbindenden elastischen Federelementen. Die Federelemente sind als Streifen aus elastischem Material ausgebildet und fest in den Federelementaufnahmen gelagert. Bei einer relativen Verdrehung der Federelementaufnahmen um die gemeinsame Drehachse werden die Federelemente entsprechend verbogen, wodurch eine Rückstellkraft auf die Federelementaufnahmen ausgeübt wird. Hierbei erfolgt jedoch eine Verkürzung der Gesamtlänge des Torsionsfederelements.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine alternative Ausführungsform eines Torsionsfederelements bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Torsionsfederelement hat mindestens zwei axial voneinander beabstandet angeordnete und relativ zueinander verdrehbare Federelementaufnahmen, sowie mindestens ein radial von der Drehachse beabstandetes und die Federelementaufnahmen verbindendes elastisches Federelement, wobei das mindestens eine elastische Federelement, bei einer relativen rotatorischen Auslenkung der Federelementaufnahmen aus der Nulllage heraus, gelängt wird und dabei eine Axialkraft mit einem Axialkraftvektor und eine Sekantenkraft mit einem Sekantenkraftvektor erfährt, wobei die Richtung des Sekantenkraftvektors von der Auslenkung aus der Nulllage abhängt und die Sekantenkraft, mittels einem senkrecht von dem Sekantenkraftvektor zur Drehachse verlaufenden Hebelarm, ein Rückstellmoment auf die Feder- elementaufnähmen ausübt.
Das Torsionsfederelement spricht dabei bei einer Auslenkung aus der Nulllage heraus in beiden Richtungen vorzugsweise gleichmäßig mit einem zur Nulllage gerichteten Rückstellmoment an. Das Rückstellmoment wird dabei nicht durch eine Biegebeanspruchung der Federelemente erzeugt, sondern durch deren Längung, wodurch sich eine Sekantenkraft mit einem Sekantenkraftvektor ergibt. Die Sekantenkraft erzeugt mittels des senkrecht auf dem Sekantenkraftvektor stehenden und zur Drehachse gerichteten Hebelarm dieses Rückstellmoment. Wichtig ist, dass die Federelemente elastisch sind, also nach Wegfall der angelegten Kraft wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehren, da auf diese Art und Weise das Rückstellmoment auf die Federelementaufnahmen erzeugt wird. Es wäre auch denkbar, dass die Federelemente in Nulllage etwas„durchhängen" und das Rückstellmoment erst bei einem gewissen Leerweg anliegt. Derartige Ausgestaltungen sollen hiermit auch umfasst sein. Zur besseren Verdeutlichung der wirkenden Kräfte kann das Bezugssystem in die von einer der Federelementaufnahmen definierte Ebene gelegt werden, so dass diese Federelementaufnahme in der Betrachtung quasistatisch ist und sich nur die verbleibenden Federelementaufnahmen relativ zu dieser verdrehen. Durch Variation von Länge, Dicke, Material, Anzahl und radialer Abstand der Federelemente zur Drehachse lässt sich eine gewünschte Federkennlinie des Torsionsfederelements einstellen. Auch die Hintereinanderschaltung von mehreren Federelementaufnahmen mit entsprechender Verbindung durch Federelemente gewährt eine Einflussnahme auf die Federkennlinie.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Federelementaufnahmen über eine die Drehachse bildende Welle konstant zueinander beabstandet. Die Welle ist vorzugsweise mit entsprechenden Lagern zur Verbesserung der Drehbarkeit zu versehen, so dass das Verhalten des Torsionsfederelements beim Einbringen eines Drehmoments ruckfrei geschieht. In einer besonders bevorzugten Ausführung besteht die Welle aus einer Hohlwelle mit einer darin drehbar gelagerten Vollwelle. Eine konstante Beabstandung unterstützt das durch die Längung der Federelemente erzeugte Rückstellmoment.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Federelementaufnahmen über ein die Federelementaufnahmen drehbar lagerndes Gehäuse konstant zueinander beabstandet. Das Gehäuse definiert dadurch indirekt auch die Drehachse der Federelementaufnahmen und umgreift diese schützend zumindest teilweise. Damit lässt sich zum Einen die konstante Beabstandung der Federelementaufnahmen und zum Anderen der Schutz der Komponenten miteinander verbinden. Das Gehäuse ist dazu vorzugsweise hohlzylindrisch mit zwei beiderseits (Grund- und Deckfläche) angeordneten Ausschnitten zur Lagerung der Federelementaufnahmen aufgebaut und besteht zur besseren Fügbarkeit aus zwei schalenförmigen Gehäusehälften.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Federelementaufnahmen scheibenförmig ausgebildet. Scheibenförmige Aufnahmen bieten Vorteile bei der Bauraumausnutzung. Über den Durchmesser der Scheiben kann die Länge des Hebelarms zu den Aufnahmepunkten der Federelemente gesteuert werden, was sich wiederum auf das Rückstellmoment auswirkt. Jedoch sind auch andere topologieoptimierte Formen (z. B. Vielecke) denkbar.
In einer bevorzugten Ausführung weisen die Federelementaufnahmen jeweils korrespondierende Zapfen auf, die von dem mindestens einen Federelement umschlungen werden. Die Zapfen können einstückig mit den Federelementaufnahmen ausgebildet sein oder mit diesen gefügt (verschraubt, gepresst) werden. Die konkrete Gestalt der Zapfen soll die Kraftein leitung in die Federelemente unterstützen und insbesondere unerwünschte Lastzustände vermeiden. In einer besonders bevorzugten Ausführung sind die Zapfen über eine radiale Mantelfläche der Federelementaufnahmen verteilt angeordnet. In einer bevorzugten Ausführung übt das mindestens eine Federelement in der Nulllage eine definierte Axialkraft auf die damit verbundenen Federelementaufnahmen aus. Durch diese Vorspannung lässt sich das Ansprechverhalten des Torsionsfederelements gezielt beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausführung führt die entstehende Axialkraft bei einer Auslenkung der Federelementaufnahmen aus der Nulllage in dem mindestens einen Federelement zu einer elastischen Verbiegung mindestens einer der damit verbundenen Federelementaufnahmen. Durch die zusätzliche elastische Verbiegung der Federelementaufnahmen aufeinander zu kann die Federkennlinie des gesamten Torsionsfederelements weiter beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausführung besteht das mindestens eine Federelement aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff. Glasfasern haben den Vorteil, dass sie kostengünstig sind, eine relativ hohe Bruchdehnung aufweisen, nahezu keine Feuchtigkeit aufnehmen, sowie einen geringen E-Modul bei hoher Festigkeit und geringer Kriechneigung aufweisen. Alternativ lassen sich auch andere Fasertypen wie Kohlefasern, Aramidfasern oder Naturfasern verwenden. Die genannten Fasertypen können zur Verlängerung der Lebensdauer in eine Matrix aus einem Harz eingebettet sein. Eine weitere Möglichkeit bietet die Verwendung von Federstahlbändern oder Elastomeren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
Fig. 1a eine isometrische Ansicht eines Torsionsfederelements in Nulllage;
Fig. 1 b eine isometrische Ansicht eines Torsionsfederelements mit einer Auslenkung aus der Nulllage; Fig. 2a eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Torsionsfederelements;
Fig. 2b eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Torsionsfederelements;
Fig. 3a eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Torsionsfederelements;
Fig. 3b eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Torsionsfederelements;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Torsionsfederelements;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der wirkenden Kräfte in einer Vorderansicht;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der wirkenden Kräfte in einer Draufsicht.
Gemäß der Fig. 1a hat ein Torsionsfederelement 1 zwei Federelementaufnahmen 2, die über eine Welle 4 konstant axial voneinander beabstandet sind. Die Welle 4 bildet eine Drehachse D, um die sich die beiden Federelementaufnahmen 2 bei Einwirken eines Drehmoments relativ zueinander verdrehen können. Jede der beiden Federelementaufnahmen 2 weist mehrere axial von der Mantelfläche abstehende Zapfen 5 auf, die derart von elastischen Federelementen 3 umschlungen sind, dass die Zapfen 5 der gegenüberliegenden Federelementaufnahmen 2 jeweils paarweise miteinander verbunden werden. Über die Federelementaufnahmen 2 können Drehmomente der damit verbindbaren Bauteile in das Torsionsfederelement 1 einge- leitet werden. In Fig. 1a befindet sich das Torsionsfederelement 1 in Nulllage, während in Fig. 1b das Torsionsfederelement 1 eine Auslenkung aus der Nulllage aufweist. Dabei sind die Federelemente 3 durch die einwirkenden Kräfte gelängt und üben deshalb ein Rückstellmoment in Richtung Nulllage auf die Federelementaufnahmen 2 aus.
Gemäß den Figuren 2a und 2b hat eine erste Ausführungsform eines Torsionsfederelements 1 zwei Federelementaufnahmen 2, die über eine Welle 4 konstant axial voneinander beabstandet sind. Die Welle 4 bildet eine Drehachse D, um die sich die beiden Federelementaufnahmen 2 bei Einwirken eines Drehmoments relativ zueinander verdrehen können. Die Welle 4 besteht aus einer Hohlwelle 4a, die mit einer der beiden Federelementaufnahmen 2 drehfest verbunden ist, und einer Vollwelle 4b, die mit der anderen Federelementaufnahme 2 drehfest verbunden ist. Die Vollwelle 4b ist in der Hohlwelle 4a drehbar gelagert. Jede der beiden Federelementaufnahmen 2 weist mehrere axial von der Mantelfläche abstehende Zapfen 5 auf, die derart von elastischen Federelementen 3 umschlungen sind, dass die Zapfen 5 der gegenüberliegenden Federelementaufnahmen 2 jeweils paarweise miteinander verbunden werden. Die Federelemente 3 halten durch die axiale Spannung auch den Verbund aus Hohlwelle 4a und Vollwelle 4b zusammen. Über die Federelementaufnahmen 2 können Drehmomente der damit verbindbaren Bauteile in das Torsionsfederelement 1 eingeleitet werden.
Gemäß den Figuren 3a und 3b hat eine zweite Ausführungsform eines Torsionsfederelements 1 zwei Federelementaufnahmen 2, die über eine Welle 4 konstant axial voneinander beabstandet sind. Die Welle 4 bildet eine Drehachse D, um die sich die beiden Federelementaufnahmen 2 bei Einwirken eines Drehmoments relativ zueinander verdrehen können. Die Welle 4, die drehfest mit einer der Federelementaufnahmen 2 verbunden ist, steckt mit einem abgesetzten Endstück drehbar in einer entsprechenden Ausnehmung 4c der anderen Federelementaufnahme 2. Jede der beiden Federelementaufnahmen 2 weist mehrere axial von der Mantelfläche abstehende Zapfen 5 auf, die derart von elastischen Federelementen 3 umschlungen sind, dass die Zapfen 5 der gegenüberliegenden Federelementaufnahmen 2 jeweils paarweise miteinander verbunden werden. Die Federelemente 3 halten durch die axiale Spannung auch den Verbund aus Welle 4 und Ausnehmung 4c zusammen. Über die Federelementaufnahmen 2 können Drehmomente der damit verbindbaren Bauteile in das Torsionsfederelement 1 eingeleitet werden.
Gemäß der Fig. 4 hat eine dritte Ausführungsform eines Torsionsfederelements 1 zwei Federelementaufnahmen 2, die über ein Gehäuse 6 konstant axial voneinander beabstandet sind. Das Gehäuse 6 definiert dadurch eine Drehachse D, um die sich die beiden Federelementaufnahmen 2 bei Einwirken eines Drehmoments relativ zueinander verdrehen können. Das Gehäuse 6 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und wird vorzugsweise aus zwei Gehäusehälften zusammengefügt, so dass das Gehäuse 6 die Federelementaufnahmen 2 in entsprechenden Aussparungen drehbar lagern kann und diese zumindest teilweise umschließt. Jede der beiden Federeiement- aufnahmen 2 weist mehrere axial von der Mantelfläche abstehende Zapfen 5 auf, die derart von elastischen Federelementen 3 umschlungen sind, dass die Zapfen 5 der gegenüberliegenden Federelementaufnahmen 2 jeweils paarweise miteinander verbunden werden. Über die Federelementaufnahmen 2 können Drehmomente der damit verbindbaren Bauteile in das Torsionsfederelement 1 eingeleitet werden.
Fig. 5 zeigt die wirkenden Kräfte in einem der Federelemente in Frontalansicht auf das (nicht dargestellte) Torsionsfederelement, wobei als Bezugssystem eine Federelementaufnahme 2 gewählt und die andere Federelementaufnahme 2 (beide nicht dargestellt) relativ dazu um einen radialen Verdrehwinkel φ von der Nulllage A in die Auslenkung B ausgelenkt wurde. Der Radius R ist der Abstand vom Anbindungspunkt des Federelements an der Federelementaufnahme und der Drehachse D. Der Radius R ist in der Nulllage A und der Auslenkung B konstant. In dem Federelement wirkt bei Auslenkung B eine Sekantenkraft mit einem Sekantenkraftvektor E. Der Hebelarm H verbindet die Drehachse D mit dem Sekantenkraftvektor E, wobei der Hebelarm H senkrecht auf dem Sekantenkraftvektor E steht. Die Sekantenkraft übt mittels des von dem Sekantenkraftvektor E definierten Hebelarms D ein Rückstellmoment M auf die Federelementaufnahmen aus, was diese stets wieder in Richtung Nulllage A zwingt. Es gelten die folgenden Zusammenhänge:
Figure imgf000011_0001
Die Sekantenkraft im Sekantenkraftvektor E kann wie folgt bestimmt werden:
Figure imgf000011_0002
Fig. 6 zeigt die wirkenden Kräfte in einem der Federelemente in Draufsicht auf das (nicht dargestellte) Torsionsfederelement, wobei als Bezugssystem eine Federelementaufnahme gewählt und die andere Federelementaufnahme (beide nicht dargestellt) relativ dazu um einen axialen Verdrehwinkel θ von der Nulllage A in die Auslenkung B ausgelenkt wurde. Der Axialkraftvek- tor X und der Sekantenkraftvektor E spannen in dem resultierenden Kräftedreieck den Federelementkraftvektor L auf. Die gegenseitigen Abhängigkeiten lassen sich mit folgenden Formeln berechnen, wobei R als Radius den Abstand des Federelements zur Drehachse D definiert (siehe Fig. 5):
Figure imgf000011_0003
Die Dehnung des Federelements kann über folgende Formeln ermittelt werden:
Figure imgf000012_0001
Liste der Bezugszeichen:
A Nulllage
B Auslenkung
D Drehachse
E Sekantenkraftvektor
H Hebelarm
L Federelementkraftvektor
M Rückstellmoment
R Radius
X Axialkraftvektor φ radialer Verdrehwinkel axialer Verdrehwinkel
1 Torsionsfederelement
2 Federelementaufnahme
3 Federelement
4 Welle
4a Hohlwelle
4b Vollwelle
5 Zapfen
6 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Torsionsfederelement (1) mit mindestens zwei axial voneinander beabstandet angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Federelementaufnahmen (2), sowie mindestens einem radial von der Drehachse (D) beabstandeten und die Federelementaufnahmen (2) verbindenden elastischen Federelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Federelement (3), bei einer relativen rotatorischen Auslenkung (B) der Federelementaufnahmen (2) aus der Nulllage (A) heraus, gelängt wird und dabei eine Axialkraft mit einem Axialkraftvektor (X) und eine Sekantenkraft mit einem Sekantenkraftvektor (E) erfährt, wobei die Richtung des Sekantenkraftvektors (E) von der Auslenkung (B) aus der Nulllage (A) abhängt und die Sekanten kraft, mittels einem senkrecht von dem Sekantenkraftvektor (E) zur Drehachse (D) verlaufenden Hebelarm (H), ein Rückstellmoment (M) auf die Federelementaufnahmen (2) ausübt.
2. Torsionsfederelement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federelementaufnahmen (2) über eine die Drehachse (D) bildende Welle (4) konstant zueinander beabstandet sind.
3. Torsionsfederelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) aus einer Hohlwelle (4a) mit einer darin drehbar gelagerten Vollwelle (4b) besteht.
4. Torsionsfederelement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federelementaufnahmen (2) über ein die Federelementauf- nahmen (2) drehbar lagerndes Gehäuse (6) konstant zueinander beabstandet sind.
5. Torsionsfederelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelementaufnahmen (2) scheibenförmig ausgebildet sind.
6. Torsionsfederelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelementaufnahmen (2) jeweils korrespondierende Zapfen (5) aufweisen, die von dem mindestens einen Federelement (3) umschlungen werden.
7. Torsionsfederelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (5) über eine radiale Mantelfläche der Federelementaufnahmen (2) verteilt angeordnet sind.
8. Torsionsfederelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (3) in der Nulllage (A) eine definierte Axialkraft auf die damit verbundenen Federelementaufnahmen (2) ausübt.
9. Torsionsfederelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Auslenkung (B) der Federelementaufnahmen (2) aus der Nulllage (A) die entstehende Axialkraft in dem mindestens einen Federelement (3) zu einer elastischen Verbiegung mindestens einer der damit verbundenen Federelementaufnahmen (2) führt.
10. Torsionsfederelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federelement (3) aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
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