DE102005003459B3

DE102005003459B3 - Elastischer Gelenkkörper

Info

Publication number: DE102005003459B3
Application number: DE102005003459A
Authority: DE
Inventors: Werner WÄHLING; Wolfgang Spaan
Original assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2025-01-26
Also published as: WO2006079461A1; US7871331B2; AU2006208553A1; JP2008528881A; US20080261705A1; CN101107455A; EP1841977A1; KR20070099661A; KR101295834B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elastischen Gelenkkörper (10) mit mindestens einem Schlingenpaket (12) und mindestens zwei Buchsen (14), die sich quer durch das Schlingenpaket (12) erstrecken, Kragen (16), die auf je einem Buchsenende (22) befestigt sind, um das Schlingenpaket (12) auf der betreffenden Buchse (14) axial abzustützen, und einer gummielastischen Umhüllung (18), in die das Schlingenpaket (12) und die Buchsen (14) zumindest teilweise eingebettet sind. Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass die von Kragen (16) freigelassenen, in die Umhüllung (18) eingebetteten Bereiche der Buchsen (14) glatt sind und die Kragen (16) auf die zugehörigen Buchse (14) mit solchem Spiel aufgerastet sind, dass die Buchse innerhalb der Kragen drehbar ist, während diese mit der Umhüllung (18) fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elastischen Gelenkkörper mit mindestens einem Schlingenpaket, mindestens zwei Buchsen, die sich quer durch das Schlingenpaket erstrecken, Kragen, die auf je einem Buchsenende befestigt sind, um das Schlingenpaket auf der betreffenden Buchse axial abzustützen, und einer gummielastischen Umhüllung, in die das Schlingenpaket und die Buchse zumindest teilweise eingebettet sind.
Solche elastischen Gelenkkörper sind beispielsweise in Form von Gelenkscheiben zum kardanischen Verbinden von Wellen, insbesondere im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, gebräuchlich. Bei der Montage solcher Gelenkkörper werden die Buchsen mittels durch sie hindurch gesteckter Gewindebolzen, Nieten od.dgl. an Wellenflanschen od.dgl. befestigt.

Aus DE 3942432 C1 ist ein elastischer Gelenkkörper in Form einer Gelenkscheibe bekannt, bei der mehrere Schlingenpakete einander überlappend zu einem Kranz zusammengefügt und durch zylindrische Buchsen zusammengehalten sind, die durch die Überlappungsbereiche der Schlingenpakete hindurch gesteckt sind. Die Schlingenpakete werden in axialer Richtung dadurch festgelegt, dass auf jedes Buchsenende ein Kragen aufgepresst wird, ehe die gesamte Anordnung in eine Vulkanisierform eingebracht wird, in der sie ihre gummielastische Umhüllung erhält. Die Kragen sind Metallringe von L-förmigem Profil, die durch das Aufpressen auf je ein Buchsenende nicht nur axial unverschiebbar sondern auch drehfest mit der Buchse verbunden werden. Um zu verhindern, dass die Buchsen samt den auf ihnen befestigten Kragen beim Festziehen von zur Montage der Gelenkscheibe verwendeten Schrauben verdreht werden und dadurch die Haftverbindung zwischen den Buchsen sowie den sie umschlingenden Schlingenpaketen und dem umgebenden Gummi ganz oder teilweise zerstört wird, haben die Buchsen an je einem Ende mindestens einen scharfkantigen Vorsprung, der hart genug ist, um sich beim Festziehen der zugehörigen Befestigungsschraube in einen zugehörigen Wellenflansch oder dergleichen einzudrücken.

Aus DE 19742361 A1 sind elastische Gelenkkörper bekannt, die ebenfalls mindestens ein Schlingenpaket sowie mit Kragen versehene Buchsen aufweisen, wobei die Schlingenpakete ebenfalls zu einem in sich geschlossenen Kranz zusammengefügt sein können. Die Buchsen sind hier jedoch als Kragenbuchsen ausgebildet, mit je einem Buchsenteil und je einem daran einstückig angeformten ersten Kragen sowie einer Rastanordnung am vom ersten Kragen entfernten Ende des Buchsenteils. Mit dieser Rastanordnung bildet eine komplementäre Rastanordnung an einem zweiten Kragen eine axial und rotatorisch feste Schnappverbindung. Beide Kragen haben achsparallele Löcher, in welche die gummielastische Umhüllung beim Vulkanisieren eindringt, so dass die Kragen, und mit ihnen auch die Buchsenteile, fest verankert werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass Wellenstränge, die einen oder mehrere elastische Gelenkkörper der beschriebenen Gattung enthalten, in einer statistisch relevanten Anzahl von Fällen bisher unerklärliche Abweichungen vom erwarteten Drehschwingungsverhalten aufweisen und auch ihre normalerweise zu erwartende Lebensdauer trotz der eingangs beschriebenen Maßnahmen nicht erreichen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass derartige Abweichungen dadurch entstehen können, dass beim Einbau erfindungsgemäßer Gelenkkörper in einen Wellenstrang vorkommende geringfügige und deshalb bisher für unbeachtlich gehaltene Verdrehungen einzelner oder sämtlicher Buchsen und der zugehörigen Kragen dazu führen, dass das eine oder andere mit Gummi ummantelte Schlingenpaket in nicht geplanter Weise vorgespannt und der betroffene elastische Gelenkkörper in Folge dessen im Betrieb ungleichmäßig belastet wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, schon durch die Gestaltung eines elastischen Gelenkkörpers die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass im Betrieb unzuträgliche Spannungshäufungen im Gelenkkörper vermieden werden, ohne dass an die Sorgfalt beim Einbau des Gelenkkörpers unrealistisch hohe Anforderungen gestellt werden müssen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß ausgehend von einem elastischen Gelenkkörper der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, dass die von den Kragen frei gelassenen, in die Umhüllung eingebetteten Bereiche der Buchsen glatt sind und die Kragen auf die zugehörige Buchse mit solchem Spiel aufgerastet sind, dass die Buchse innerhalb der Kragen drehbar ist, während diese mit der Umhüllung fest verbunden sind.

Die Erfindung beschreitet also einen Weg, der dem aus DE 3942432 C1 bekannten diametral entgegengesetzt ist. Anstatt die Buchsen durch einen scharfkantigen Vorsprung an einem ihrer Enden, oder durch eine Anzahl solcher Vorsprünge, am Mitdrehen beim Festziehen einer zugehörigen Befestigungsschraube zu hindern, werden gemäß der Erfindungen alle Vorraussetzungen dafür geschaffen, dass jede Buchse sich in den auf ihr in axialer Richtung unverschiebbar befestigten Kragen möglichst leicht drehen kann, wenn sie bei der Montage des elastischen Gelenkkörpers, insbesondere beim Festziehen einer Befestigungsschraube, einem Drehmoment ausgesetzt wird. Mit der glatten Gestaltung der von den Kragen freigelassenen äußeren Mantelflächen der Buchsen wird verhindert, dass eine sich drehende Buchse eine nennenswerte Verspannung in einem sie umschlingenden Schlingenpaket hervorruft. Durch die freie Drehbarkeit der Buchsen innerhalb ihrer Kragen wird ferner verhindert, dass von einer sich drehenden Buchse auf einen zugehörigen Kragen ein Dokument übertragen wird, das zu einer Verspannung der an dem Kragen anliegenden Bereiche der elastischen Umhüllung führen könnte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Darin ist
1 eine axiale Ansicht eines Gelenkkörpers,
2 der Schnitt II-II in 1,
3 eine Baugruppe aus 2, stark vergrößert,
4 der Ausschnitt IV in 3, weiter vergrößert,
5 ein entsprechender Ausschnitt der zusammengefügten Baugruppe aus 3,
6 eine Weiterentwicklung von 5 und
7 eine Abwandlung von 6.
In 1 und 2 ist ein Gelenkkörper 10 in Gestalt einer Gelenkscheibe dargestellt, die dazu vorgesehen ist, zwei Wellen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs miteinander zu verbinden. Der Gelenkkörper 10 enthält im dargestellten Beispiel sechs Schlingenpakete 12, die je zwei Buchsen 14 derart umschlingen, dass einander benachbarte Schlingenpakete einander kreuzen. Die Buchsen 14 sind in gleichmäßigen Abständen voneinander rings um eine zentrale Achse A angeordnet und mit je zwei aufgerasteten Kragen 16 versehen. Die Gesamtheit der Schlingenpakete 12 sowie im Wesentlichen auch die Buchsen 14 und Teile jedes der Kragen 16 sind in eine elastische Umhüllung 18 aus vulkanisiertem Gummi eingebettet. In jede der Buchsen 14 ist eine zylindrische Innenbuchse 20 aus Stahl mit Presssitz eingefügt.
Die Buchsen 14 bestehen aus Kunststoff, vorzugsweise Hochleistungsthermoplast, der einer Gebrauchstemperatur von mindestens 180°C ausgesetzt werden kann, inhärent flammwidrig ist, eine hohe Härte und Steifheit aufweist, eine sehr geringe Kriechneigung auch bei erhöhten Temperaturen hat, gegen Chemikalien beständig und sehr wenig hygroskopisch ist, ein hohes Zug- und Biege-Elastizitätsmodul hat und in Verbindung mit der eingepressten Innenbuchse 20 eine hohe Zeitstandfestigkeit aufweist. Beispielsweise eignet sich Kunststoff mit einem Zug-E-Modul nach ISO 527 Teil 1 und 2 von mindestens 14000 MPa, einem Druck-E-Modul nach ISO 604 von mindestens 15000 MPa und einer Bruchdehnung nach ISO 527 Teil 1 und 2 von ca. 1,9%. Der verwendete Kunststoff soll eine möglichst geringe Neigung haben, am Gummi der elastischen Umhüllung 18 zu haften. Um das Haftvermögen möglichst gering zu halten, sind die zylindrischen äußeren Mantelflächen der Buchsen 14 vorzugsweise poliert.
Die Kragen 16 bestehen aus einem Kunststoff, dessen Eigenschaften denjenigen der Buchsen 14 ähnlich sind mit der Ausnahme, dass der für die Kragen 16 verwendete Kunststoff vorzugsweise ausreichende Elastizität zum Fügen mit der Buchse 14 sowie eine gute Haftfähigkeit am Elastomer der elastischen Umhüllung 18 aufweist. Beispielsweise eignet sich für die Kragen 16 Kunststoff mit einer Reißfestigkeit nach DIN 53455 von 200 Mpa und einer Reißdehnung nach DIN 53455 von 3,9%.
Sämtliche Buchsen 14 sind einander gleich; sie haben je zwei gleiche Buchsenenden 22 und einen dazwischenliegenden zylindrischen Buchsenhauptteil 24. Jedes Buchsenende 22 hat eine ebene ringförmige Stirnfläche 26; daran schließt sich ein erster zylindrischer Abschnitt 28 an, dessen Durchmesser merklich geringer ist als derjenige des Buchsenhauptteils 24. Darauf folgt ein ebenfalls zylindrischer Einstich 30, durch den der Durchmesser des Buchsenendes 22 weiter erheblich vermindert ist. Der Einstich 30 ist gegen den ersten zylindrischen Abschnitt 28 durch eine zur Buchsenachse B normale erste Schulter 32 abgegrenzt und geht in einem axialen Abstand von dieser in eine Kegelfläche 34 über, deren Durchmesser mit zunehmendem Abstand von der ersten Schulter 32 zunimmt. Die Kegelfläche 34 endet in einem axialen Abstand von einer zweiten Schulter 36; der Zwischenraum zwischen dieser und dem Ende der Kegelfläche 34 wird von einem zweiten zylindrischen Abschnitt 38 überbrückt, dessen Durchmesser mit demjenigen des ersten zylindrischen Abschnittes 28 übereinstimmt.
Jeder der Kragen 16 hat ein zum äußeren Profil der Buchsenenden 22 komplementäres inneres Profil, das so bemessen ist, dass sich auf jedes Buchsenende 22 ein Kragen 16 in der aus 5 bis 7 ersichtlichen Weise aufrasten lässt, nämlich derart, dass zwischen dem Außenprofil des Buchsenendes 22 und dem Innenprofil des Kragens 16 nur ein minimales axiales Spiel besteht, jedoch ein radiales Spiel, das vor dem Einpressen der Innenbuchse 20 in die Buchse 14 derart erheblich ist, dass auch dann noch ein merkliches Spiel übrig bleibt, wenn die Innenbuchse 20 in die Buchse 14 eingepresst worden ist, wobei sich sämtliche Durchmesser der Buchse 14 etwas vergrößert haben. Das somit verbleibende Radial- und Axialspiel zwischen jedem der Buchsenenden 22 und dem aufgerasteten Kragen 16 bietet Gewähr dafür, dass die Buchsen 14 innerhalb der Kragen 16 drehbar sind und dies auch während der gesamten Lebensdauer des Gelenkkörpers 10 bleiben.
Die Innenbuchsen 20 werden vorzugsweise erst dann in die Buchsen 14 aus Kunststoff eingepresst, wenn der Gelenkkörper 10 durch Vulkanisieren der elastischen Umhüllung 18 und anschließendes Entgraten im Übrigen fertiggestellt worden ist. Dies hat den Vorteil, dass Gelenkkörper 10 chargenweise gefrostet, anschließend in einer rotierenden Trommel entgratet und schließlich wieder auf Umgebungstemperatur gebracht und getrocknet werden können, ehe die im Allgemeinen aus rostempfindlichem Stahl bestehenden Innenbuchsen 20 eingepresst werden.
Gemäß 6 und 7 kann rings um die beiden Stirnflächen 26 jeder der Buchsen 14 eine Ringdichtung 40 angeordnet sein, nämlich entweder gemäß 6 stirnseitig am Kragen 16 oder gemäß 7 im Spalt zwischen dem Kragen 16 und dem ersten zylindrischen Abschnitt 28 des betreffenden Buchsenendes 22. In beiden Fällen lässt sich mit solchen Ringdichtungen 40 verhindern, dass im Betrieb des Gelenkkörpers 10 Schmutz in den Spalt zwischen den Kragen 16 und den Buchsenenden 22 eindringt und dadurch die Drehbarkeit der Buchsen 14 innerhalb der Kragen erschwert und zur Aufweitung der Verbindung führt.
Die Kragen 16 können in üblicher Weise mit achsparallelen Löchern 42 versehen sein, die beim Vulkanisieren der elastischen Umhüllung 18 sicherstellen, dass genügend Gummi in den Zwischenraum zwischen paarweise zusammengehörigen Kragen 16 eindringt. Die Löcher 42 verbessern auch die feste Haftung der Kragen 16 an der elastischen Umhüllung 18. Einem Ablösen des Elastomers bei hohen Drehzahlen wird dadurch entgegengewirkt.
Allen beschriebenen Ausführungsformen des Gelenkkörpers 10 ist gemeinsam, dass seine Armierung wegen geringer Dichte der Armierungswerkstoffe eine geringe träge Masse haben. Infolgedessen ist die bei gegebener zulässiger Exzentrizität der Anord nung der Armierung (Schlingenpakete 12, Buchsen 14, Kragen 16) auftretende Urunwucht des Gelenkkörpers 10 gering.
Die beschriebenen Maßnahmen erleichtern es auch, die Werkstoffe des Gelenkkörpers 10 wieder zu verwerten: Nach Auspressen der Innenbuchsen 20 aus Stahl ist der Gelenkkörper 10 wegen der einander ähnlichen Werkstoffeigenschaften seiner übrigen Bestandteile (Elastomer, Faden, Kunststoffarmierung) durch Mahlen, Schreddern oder ähnliche Zerkleinerungsprozesse recyclebar. Übliche Gelenkscheiben mit Stahlarmierung sind hingegen nur pyrotechnisch entsorgbar.

Claims

Elastischer Gelenkkörper (10) mit – mindestens einem Schlingenpaket (12), – mindestens zwei Buchsen (14), die sich quer durch das Schlingenpaket (12) erstrecken, – Kragen (16), die auf je einem Buchsenende (22) befestigt sind, um das Schlingenpaket (12) auf der betreffenden Buchse (14) axial abzustützen, und – einer gummielastischen Umhüllung (18), in die das Schlingenpaket (12) und die Buchsen (14) zumindest teilweise eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die von den Kragen (16) freigelassenen, in die Umhüllung (18) eingebetteten Bereiche der Buchsen (14) glatt sind, und – die Kragen (16) auf die zugehörige Buchse (14) mit solchem Spiel aufgerastet sind, dass die Buchse innerhalb der Kragen drehbar ist, während diese mit der Umhüllung (18) fest verbunden sind.
Gelenkkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Buchsen (14) je zwei Buchsenenden (22) haben, die zwischen einander einen Buchsenhauptteil (24) begrenzen und, jeweils axial von außen nach Innen, folgende Ringflächen aufweisen: – eine Stirnfläche (26), – einen ersten zylindrischen Abschnitt (28), dessen Außendurchmesser gegenüber dem Buchsenhauptteil (24) vermindert ist, – einen Einstich (30), der einen weiter verminderten Durchmesser hat und axial begrenzt ist einerseits durch eine von der Stirnfläche (26) abgewandte erste Schulter (32) und andererseits durch eine mit zunehmendem Abstand von dieser Schulter (32) im Durchmesser zunehmende Kegelfläche (34), und – eine zweite Schulter (36), die der ersten Schulter (3) zugewandt ist und eine sprunghafte Durchmesservergrößerung auf den Außendurchmesser des Buchsenhauptteils (24) darstellt, und dass – die Kragen (16) ein zu diesen Buchsenenden (22) komplementäres Innenprofil haben.
Gelenkkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsenenden (22) zwischen ihrer Kegelfläche (34) und ihrer zweiten Schulter (36) je einen zweiten zylindrischen Abschnitt (38) haben, der in seinem Außendurchmesser mit dem ersten zylindrischen Abschnitt (28) übereinstimmt.
Gelenkkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass rings um die Stirnflächen (26) der Buchsen (14) je eine Ringdichtung (40) angeordnet ist, die Schmutz daran hindert, zwischen Buchse (14) und Kragen (16) einzudringen.
Gelenkkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsen (14) aus Kunststoff bestehen und je eine in sie eingepresste Innenbuchse (20) aus Metall umschließen.
Gelenkkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsen (14) zumindest in den Bereichen, in denen sie in die gummielastische Umhüllung (18) eingebettet sind, eine polierte Oberfläche aufweisen.