Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SHAFT WITH ADJUSTABLE RIGIDITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/139999
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a shaft (1) with adjustable rigidity, wherein at least one torsion bar (2), which is surrounded by a tubular sleeve (3), is arranged between a first shaft attachment (8) and a second shaft attachment (15), at least one shaft attachment (8) is arranged at a first end (2a) of the torsion bar (2), at least one first damping element (4a, 4b, 4c) is preferably arranged between the tubular sleeve (3) and the torsion bar (2) and the tubular sleeve (3) can be connected in a rotationally fixed and releasable manner at at least one end (11, 16) to the torsion bar (2) by means of at least one connection element (10, 20, 30). In order to permit, in the simplest possible manner, a durable but when necessary variable adjustability of the torsional stiffness in order to match the rotational oscillation behaviour, the first shaft attachment (8) is formed by a first connection flange (7) which can be connected in a rotationally fixed and releasable manner to a corresponding first counter-flange (9) in the region of the first end (11) of the tubular sleeve (3) by means of at least one first connection element (10) preferably formed by at least one screw connection.

More Like This:
Inventors:
WETZEL, Martin (Amundsengasse 7/2, Graz, A-8010, AT)
SCHMIDT, Joachim (Korngasse 2, Werndorf, A-8402, AT)
Application Number:
EP2015/054905
Publication Date:
September 24, 2015
Filing Date:
March 10, 2015
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
AVL LIST GMBH (Hans-List-Platz 1, Graz, A-8020, AT)
International Classes:
F16D1/02; F16C1/02; F16C3/02; F16D1/033; F16F15/121; F16F15/126
Foreign References:
GB2043207A1980-10-01
GB929323A1963-06-19
DE102008035488A12010-02-04
Attorney, Agent or Firm:
BABELUK, Michael (Florianigasse 26/3, Wien, A-1080, AT)
Download PDF:
Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Welle (1) mit verstellbarer Steifigkeit, wobei zwischen einer ersten Wellen- anbindung (8) und einer zweiten Wellenanbindung (15) zumindest ein Torsionsstab (2) angeordnet ist, welcher von einem Hüllrohr (3) umgeben ist, wobei zumindest eine Wellenanbindung (8) an einem ersten Ende (2a) des Torsionsstabes (2) angeordnet ist, und wobei vorzugsweise zwischen dem Hüllrohr (3) und dem Torsionsstab (2) zumindest ein erstes Dämpfungselement (4a, 4b, 4c) angeordnet ist, wobei das Hüllrohr (3) an zumindest einem Ende (11, 16) mit dem Torsionsstab (2) über zumindest ein Verbindungselement (10, 20, 30) lösbar drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenanbindung (8) durch einen ersten Anschlussflansch (7) gebildet ist, welcher mit einem korrespondierenden ersten Gegenflansch (9) im Bereich des ersten Endes (11) des Hüllrohres (3) über zumindest ein, vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes erstes Verbindungselement (10) lösbar drehfest verbindbar ist.

2. Welle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschflächen des ersten Anschlussflansches (7) und des ersten Gegenflansches (9) normal zur Längsachse (1') der Welle (1) angeordnet sind .

3. Welle (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussflansch (7) mit dem korrespondierenden ersten Gegenflansch (9) formschlüssig verbindbar ist.

4. Welle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenanbindung (15) durch einen zweiten Anschlussflansch (13) gebildet ist, welcher mit einem korrespondierenden zweiten Gegenflansch (17) im Bereich des zweiten Ende (16) des Hüllrohres (3) und/oder mit einem Flansch (12) am zweiten Ende (2b) des Torsionsstabes (2) über zumindest ein, vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes zweites und/oder drittes Verbindungselement (20, 30) lösbar drehfest verbindbar ist.

5. Welle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei einander zugewandte Flanschflächen des zweiten Anschlussflansches (13) und des Gegenflansches (17), normal zur Längsachse ( ) der Welle (1) angeordnet sind.

6. Welle (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Gegenflansch (17) und dem zweiten Anschlussflansch (13) ein zweites Dämpfungselement (18) angeordnet ist, wobei Vorzugs- weise das zweite Dämpfungselement (18) mit dem Anschlussflansch (13) drehfest verbunden ist.

7. Welle (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussflansch (13) separat zum Hüllrohr (3) und zum Torsionsstab (2) ausgebildet und vorzugsweise am Torsionsstab (2) drehbar gelagert ist.

8. Verfahren zur Einstellung unterschiedlicher Torsionssteifigkeiten bei einer Welle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen einer ersten Wellenanbindung (8) und einer zweiten Wellenanbindung (15) zumindest ein Torsionsstab (2) angeordnet ist, welcher von einem Hüllrohr (3) umgeben ist, wobei zumindest eine Wellenanbindung (8) an einem ersten Ende (2a) des Torsionsstabes (2) angeordnet ist, und wobei vorzugsweise zwischen dem Hüllrohr (3) und dem Torsionsstab (2) zumindest ein erstes Dämpfungselement (4a, 4b, 4c) angeordnet ist, das Hüllrohr (3) an zumindest einem Ende (11, 16) mit dem Torsionsstab (2) über zumindest ein Verbindungselement (10, 20, 30) lösbar drehfest verbunden, vorzugsweise verschraubt, wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein die erste Wellenanbindung (8) ausbildender erster Anschlussflansch (7) mit einem korrespondierenden ersten Gegenflansch (9) im Bereich des ersten Endes (11) des Hüllrohres (3) über zumindest ein, vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes erstes Verbindungselement (10) lösbar drehfest verbunden wird .

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein die zweite Wellenanbindung (15) ausbildender zweiter Anschlussflansch (13) mit einem korrespondierenden zweiten Gegenflansch (17) im Bereich des zweiten Ende (16) des Hüllrohres (3) und/oder mit einem Flansch (12) am zweiten Ende des Torsionsstabes (2) über zumindest ein, vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes zweites und/oder drittes Verbindungselement (20, 30) lösbar drehfest verbunden wird, vorzugsweise verschraubt, wird .

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussflansch (7) mit dem korrespondierenden ersten Gegenflansch (9) formschlüssig verbunden wird .

Description:
Welle mit verstellbarer Steifigkeit

Die Erfindung betrifft eine Welle mit verstellbarer Steifigkeit, wobei zwischen einer ersten Wellenanbindung und einer zweiten Wellenanbindung zumindest ein Torsionsstab angeordnet ist, welcher von einem Hüllrohr umgeben ist, wobei eine Wellenanbindung an einem ersten Ende des Torsionsstabes angeordnet ist, und wobei vorzugsweise zwischen dem Hüllrohr und dem Torsionsstab zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist, wobei das Hüllrohr an zumindest einem Ende mit dem Torsionsstab über zumindest ein Verbindungselement lösbar drehfest verbindbar ist. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung unterschiedlicher Torsionssteifigkeiten.

Aus der CH 937 344 A ist eine drehelastische, längenveränderliche Gelenkwelle bekannt, welche aus mindestens zwei axial zueinander verschiebbar geführten Teilen besteht. Die beiden Wellenteile sind über parallel zur Längsachse der Welle verlaufende Drehfederstäbe miteinander längenveränderlich verbunden, wobei die Drehfederstäbe mit einem Ende axial verschiebbar in den benachbarten Wellenteilen gelagert sind .

Die DE 10 002 259 AI beschreibt eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem axialelastischen Bauteil . In einen vorgegebenen radialen Bereich des scheibenförmigen oder ringscheibenförmigen elastischen Bauteils ist eine an einer einzustellenden axialen Steifigkeit entsprechende Anzahl über den Umfang verteilte axiale Durchtrennungen eingebracht. Derartige Durchtrennungen begrenzen durch die vermindernde effektive Fläche des scheibenförmigen Bauteils in radialer Richtung die Biegesteifigkeit in axialer Richtung, so dass die Anzahl dieser Durchtrennungen eine Variation der axialwirksamen Steifigkeit von einem nahezu unveränderten Verhalten bei sehr wenigen Durchtrennungen bis zu einer sehr geringen axialen Steifigkeit bei nahezu vollständig durchtrenntem Umfang mit nur wenigen verbleibenden, die Bie- gesteifigkeiten in radialer Richtung übernehmenden Stegen erreicht werden kann. Nachteilig ist, dass durch die Durchtrennungen eine im Wesentlichen unumkehrbare fixe Einstellung der Drehsteifigkeit erfolgt.

Die DE 10 2008 035 488 AI beschreibt eine Antriebswelle mit einem Zentralelement und einem Hüllrohr, wobei das Zentralelement und das Hüllrohr in einem ersten Bereich verdrehfest miteinander verbunden sind und in einem von dem ersten Bereich in Längsrichtung der Antriebswelle beabstandeten zweiten Bereich über ein Dämpfungselement miteinander verbunden sind. Die Verbindung im ersten Bereich ist starr und unveränderlich ausgebildet, so dass die Drehsteifig- keit fest vorgegeben ist.

Aus der AT 506 732 AI ist eine Welle mit verstellbarer Steifigkeit bekannt, wobei zwischen einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt zumindest ein Torsionsstab angeordnet ist. Die Welle weist im Bereich des Torsionsstabes einen kleineren Durchmesser auf, als im Bereich der beiden ersten und zweiten Wellenabschnitte. Weiters weist die Welle zumindest eine axial verschiebbare rohrförmige Schaltmuffe auf, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt der Welle durch die Schaltmuffe in einer ersten Stellung miteinander verbindbar und in einer zweiten Stellung trennbar sind . Auf diese Weise kann die Steifigkeit zur Anpassung des Drehschwingungsverhaltens wiederholt verändert werden, wobei allerdings ein unbeabsichtigtes Verschieben der Schaltmuffen und somit ein ungewolltes Verstellen der Torsionssteifigkeit während des Betriebes nicht ausgeschlossen werden kann.

Die DE 10205932 AI beschreibt einen Querstabilisator für ein Kraftfahrzeug, der aus dem Torsionsstab und einem Hüllrohr besteht. Über eine Klauenkupplung kann die Drehsteifigkeit des Querstabilisators eingestellt werden. Die Klauen zwischen den Flanschen führen im eingekuppelten Zustand zu hoher Torsionssteifigkeit, im ausgekuppelten Zustand zu niedriger Torsionssteifigkeit.

Die US 1,965,742 A offenbart eine Welle bestehend aus Torsionsstab und Hüllrohr, die über eine Scheibenkupplung schleifend verbunden sind .

Aus der JP 2006/017 194 A ist ein Stabilisator für Kraftfahrzeuge mit veränderlicher Torsionssteifigkeit bekannt. Der Stabilisator weist einen Torsionsstab und ein Hüllrohr auf, zwischen denen Dämpfungselemente angeordnet sind. Durch Druckbeaufschlagung einer Kammer und durch Verschiebung eines keilförmigen Bauteils können der Torsionsstab und das Hüllrohr gegeneinander vorgespannt werden, wodurch sich die Torsionssteifigkeit erhöht.

Die DE 10 2007 058 764 AI zeigt einen Stabilisator für Kraftfahrzeuge mit einem Torsionsstab und einem Hüllrohr, die durch Kupplungen an beiden Enden des Hüllrohres miteinander drehfest verbunden werden können, wodurch verschiedene Torsionssteifigkeiten realisiert werden können.

Aus der US 5,413,318 A ist eine Dämpfungseinrichtung mit einem Torsionsstab und einem Hüllrohr bekannt, wobei zwischen dem Torsionsstab und dem Hüllrohr Federelemente angeordnet sind. Durch Druckbeaufschlagung können die Federelemente vorgespannt werden, wodurch der Dämpfungskörper mit dem Zentralrohr verspannt wird und somit die Eigenfrequenz des Systems verändert. Die AT 507 923 Bl beschreibt eine Wellenverbindung mit zumindest zwei Torsionselementen, von denen eines als Drehstab ausgebildet ist, welcher an einem Ende mit einer ersten Wellenanbindung und an einem zweiten Ende mit einer zweiten Wellenanbindung drehverbunden ist. Die Drehsteifigkeit des Drehstabes ist über ein Stellglied veränderbar.

Die US 2013/0300043 AI offenbart eine Torsionsfeder bestehend aus einem Drehstab und einem Hüllrohr, die über eine Scheibe miteinander gekoppelt sind. Die Scheibe ist mit dem Drehstab fix verschraubt und mit dem Hüllrohr über Stift und Schlitz ab einem bestimmten Relativwinkel zwischen Drehstab und Hüllrohr gekoppelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wellenverbindung zu schaffen, bei der verschiedene Torsionssteifigkeiten dauerhaft, aber dennoch variabel eingestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die erste Wellenanbindung durch einen ersten Anschlussflansch gebildet ist, welcher mit einem korrespondierenden ersten Gegenflansch im Bereich des ersten Endes des Hüllrohres über zumindest ein, vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes erstes Verbindungselement lösbar drehfest verbindbar ist, wobei vorzugsweise die Flanschflächen des ersten Flansches und des ersten Gegenflansches normal zur Längsachse der Welle angeordnet sind .

Um die Torsionssteifigkeiten variabel, aber einstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der erste Anschlussflansch mit dem korrespondierenden ersten Gegenflansch formschlüssig verbindbar ist. "Dauerhaft" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein selbsttätiges ungewolltes Verstellen der Torsionssteifigkeit im Betrieb vermieden wird. Dabei ist jede Veränderung in der Einstellung der Torsionssteifigkeit umkehrbar, durch den Formschluss können also Torsionssteifigkeiten aus früheren Einstellungen wieder aufgesucht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Wellenanbindung durch einen zweiten Anschlussflansch gebildet ist, welcher mit einem korrespondierenden zweiten Gegenflansch im Bereich eines zweiten Ende des Hüllrohres und/oder mit einem Flansch am zweiten Ende des Torsionsstabes über zumindest ein vorzugsweise durch zumindest eine Schraubverbindung gebildetes und fest mit dem Anschlussflansch einerseits und Hüllrohr oder dem Flansch am zweiten Ende des Torsionsstabes lösbar verbindbares zweites und/oder drittes Verbindungselement dreh- verbindbar ist. Dabei können zumindest zwei einander zugewandte Flanschflächen des zweiten Anschlussflansches, normal zur Längsachse der Welle angeordnet sein. Dabei können möglichst viele Variationen an unterschiedlichen Torsionssteifig- keiten realisiert werden, wenn der zweite Anschlussflansch separat zum Hüllrohr und zum Torsionsstab ausgebildet und vorzugsweise am Drehstab drehbar gelagert ist.

Zur zusätzlichen Dämpfung von Torsionsschwingungen kann zwischen dem zweiten Gegenflansch und dem zweiten Anschlussflansch ein Dämpfungselement angeordnet sein.

Zur Drehmomentübertragung zwischen den beiden Wellenanbindungen der Welle ist zumindest ein Verbindungselement erforderlich, welches etwa den zweiten Anschlussflansch mit dem Flansch des Torsionsstabes an dessen zweitem Ende drehverbindet. Eine Erhöhung der Steifigkeit kann durch ein weiteres Verbindungselement zwischen dem ersten Anschlussflansch und dem ersten Gegenflansch und/oder dem zweiten Anschlussflansch und dem zweiten Gegenflansch erzielt werden, wobei auch ein einziges Verbindungselement den zweiten Gegenflansch, den zweiten Anschlussflansch und den Flansch am zweiten Ende des Torsionsstabes drehverbinden kann. Eine weitere Schaltmöglichkeit ergibt sich, indem der erste Anschlussflansch über ein erstes Verbindungselement mit dem ersten Gegenflansch und der zweite Anschlussflansch mit dem zweiten Gegenflansch über jeweils ein Verbindungselement fest drehverbunden wird .

Dadurch, dass die Verbindungselemente durch Schraubverbindungen gebildet sind, wird ein unbeabsichtigtes Verstellen der Drehsteifigkeit verhindert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Welle in einem Längsschnitt; und

Fig. 2 bis Fig . 8 den Kraftfluss durch die Welle bei verschieden eingestellten Drehsteifigkeiten.

Die Figuren zeigen jeweils eine Welle 1, beispielsweise eine Verbindungswelle zwischen einem Motor und einem prüfstandsseitigen Belastungsaggregat, mit variabler Steifigkeit. Die Welle 1 weist einen Torsionsstab 2 auf, welcher von einem Hüllrohr 3 umgeben ist, wobei zwischen dem Hüllrohr 3 und dem Torsionsstab 2 erste Dämpfungselemente 4a, 4b, 4c angeordnet sind . Zwischen dem Torsionsstab 2 und dem Hüllrohr 3 sind gegebenenfalls Lager 5, 6 vorgesehen.

Der Torsionsstab 2 weist an einem ersten Ende 2a einen ersten Anschlussflansch 7 auf, welcher eine erste Wellenanbindung 8 für eine nicht weiter dargestellte Verbindungswelle bildet. Der erste Anschlussflansch 7 ist über zumindest ein erstes Verbindungselement 10 mit einem ersten Gegenflansch 9 im Bereich eines ersten Endes 11 des Hüllrohres 3 verbindbar, wobei die Verbindungselemente 10 beispielsweise durch eine Schraubverbindung gebildet sein kann.

Der Torsionsstab 2 weist am dem ersten Anschlussflansch 7 abgewandten zweiten Ende 2b einen Flansch 12 auf, welcher an einen zweiten Anschlussflansch 13 grenzt, der über ein Lager 14 drehbar am Torsionsstab 12 gelagert ist. Der zweite Anschlussflansch 13 bildet eine zweite Wellenanbindung 15 für eine nicht weiter dargestellte Anschlusswelle aus.

An einem dem ersten Ende 11 entgegengesetzten zweiten Ende 16 weist das Hüllrohr 3 einen zweiten Gegenflansch 17 auf, wobei zwischen dem zweiten Gegenflansch 17 und dem zweiten Anschlussflansch 13 zumindest ein zweites Dämpfungselement 18 angeordnet ist. Das als Scheibe ausgeführte Dämpfungselement 18 kann permanent mit dem Anschlussflansch 13 verschraubt sein (nicht in der Fig . ersichtlich).

Der Flansch 12 des Torsionsstabes 2 ist über zumindest ein zweites Verbindungselement 20 mit dem zweiten Anschlussflansch 13 drehverbindbar.

Der zweite Gegenflansch 17 kann über zumindest ein mit Bezugszeichen 30 angedeutetes, beispielsweise durch eine Verbindungsschraube 21 gebildetes drittes Verbindungselement mit dem zweiten Dämpfungselement 18, und eventuell auch mit dem zweiten Anschlussflansch 13 drehverbunden werden.

Durch unterschiedliche Anwendung und Kombination der beispielsweise durch Schraubverbindungen gebildeten ersten, zweiten und dritten Verbindungselemente 10, 20, 30 lassen sich verschiedene Drehsteifigkeiten bei der Welle 1 realisieren. In den Fig. 2 bis Fig . 8 ist für die folgenden Varianten I) bis VII) jeweils der Kraftfluss F durch die Welle angedeutet. Im Folgenden ist der Weg des Kraftflusses für diese Varianten beschrieben :

I) Kraftfluss F: 15-> 13->20-> 12->2->7->8

verschraubte Verbindungselemente : 20

offene Verbindungselemente : 10, 30

das zweite Verbindungselement 20 dient zur Verbindung des zweiten Anschlussflansches 13 mit dem Flansch 12;

II) Kraftfluss F: 15-> 13-> 18->30-> 17->3->9-> 10->7->8

verschraubte Verbindungselemente : 10, 30

offene Verbindungselemente : 20

das erstes Verbindungselement 10 dient zur Verbindung des ersten Anschlussflansches 7 mit dem ersten Gegenflansch 9, das drittes Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18;

Kraftfluss F: 15-> 13-> 18->30-> 17->3->4a, 4b, 4c->2->7->8 verschraubte Verbindungselemente : 30

offene Verbindungselemente : 10, 20

das dritte Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18;

Kraftfluss F: 15-> 13->30-> 17->3->4a, 4b, 4c->2->7->8

verschraubte Verbindungselemente : 30 lang auf 13

offene Verbindungselemente : 10, 20

das "lang" ausgeführte dritte Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18 und auch mit dem zweiten Anschlussflansch 13;

Kraftfluss F: 15-> 13->30-> 17->3->9-> 10->7->8

verschraubte Verbindungselemente : 10, 30 lang auf 13

offene Verbindungselemente : 20

das erste Verbindungselement 10 dient zur Verbindung des ersten Anschlussflansches 7 mit dem ersten Gegenflansch 9,

das "lang" ausgeführte drittes Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18 und auch mit dem zweiten Anschlussflansch 13;

Kraftfluss F: 15-> 13->20-> 12->2->7->8

15-> 13-> 18->30-> 17->3->9-> 10->7->8

verschraubte Verbindungselemente : 10, 20, 30

offene Verbindungselemente : - das erste Verbindungselement 10 dient zur Verbindung des ersten Anschlussflansches 7 mit dem ersten Gegenflansch 9,

das zweites Verbindungselement 20 dient zur Verbindung des zweiten Anschlussflansches 13 mit dem Flansch 12,

das drittes Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18;

Kraftfluss F: 15-> 13->20-> 12->2->7->8

15-> 13-> 18->30-> 17->3->4a, 4b, 4c->2->7->8 verschraubte Verbindungselemente : 20, 30

offene Verbindungselemente : 10

das zweite Verbindungselement 20 dient zur Verbindung des zweiten Anschlussflansches 13 mit dem Flansch 12, das dritte Verbindungselement 30 dient zur Verbindung des zweiten Gegenflansches 17 mit dem zweiten Dämpfungselement 18;

Bei Variante I lässt sich voraussichtlich die geringste Torsionssteifigkeit, bei Variante V mit starrer Verbindung des Anschlussflansches 13 und des zweiten Gegenflansches 17 sowie weiter auf den ersten Anschlussflansch 7, die höchste Torsionssteifigkeit erzielen.

Alle drei Verbindungselemente 10, 20, 30 lassen sich durch Schraubverbindungen realisieren, wodurch eine dauerhafte, aber dennoch bei Bedarf veränderbare Torsionssteifigkeit eingestellt werden kann.