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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Gelenkscheibe zur drehmomentübertragenden Verbindung zweier Elemente, umfassend einen Tragkörper, welchem Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet sind, welche relativ zueinander beweglich angeordnet sind, wobei jeder Aufnahmeeinrichtung mindestens eine elastisch deformierbare Lage zugeordnet ist, wobei jede Aufnahmeeinrichtung eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage und eine zylindrisch ausgebildete Lage umfasst, und wobei die Lagen bei der relativen Bewegung der Aufnahmeeinrichtungen zusammenwirken. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung.
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Stand der Technik
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Derartige Gelenkscheiben sind aus der
US 4 734 081 A bekannt. Zur Drehmomentübertragung zwischen zwei Wellen werden häufig elastische Wellenkupplungen verwendet, um auftretende Drehschwingungen und Stöße zu dämpfen. Die bekannten elastischen Wellenkupplungen bestehen in der Regel aus den Anschlussflanschen der miteinander verbundenen Wellen bzw. Wellenenden und einer zwischen den Anschlussflanschen angeordneten Gelenkscheibe.
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Die Gelenkscheibe weist an ihrem äußeren Umfang in definierten Winkelabständen Aufnahmeeinrichtungen auf, welche Mittel zur Verbindung der Gelenkscheibe mit den Anschlussflanschen aufnehmen können.
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Die bekannten Gelenkscheiben bestehen in der Regel aus einem elastomeren Werkstoff, der häufig mittels eines textilen Gewebes verstärkt ist. Im Fahrzeugbau finden Gelenkscheiben Verwendung, so genannte Hardy-Scheiben, bei der sechs oder mehr Aufnahmeeinrichtungen durch Textilschnüre so umschlungen sind, dass um jeweils zwei nebeneinander liegende Aufnahmeeinrichtungen ein Wickelpaket verläuft. Die Textilschnüre und Aufnahmeeinrichtungen sind mit elastischem Material umpresst. Die Fertigung einer solchen Gelenkscheibe ist jedoch aufwändig und langwierig.
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Gelenkwellen von Heck- oder Allradfahrzeugen müssen stets einen Axial- bzw. Winkelversatz ausgleichen. Zugleich müssen hohe Drehmomente in Höhe von bis zu 2000 Nm übertragen werden.
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Diesen Anforderungen können gegenwärtig nur Metall-Gleichlauf-Gelenke oder Hardy-Scheiben bedingt gerecht werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zu realisieren, welche bei kostengünstiger Fertigung eine betriebstaugliche Verbindung zweier Wellenenden gewährleistet.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs genannte Gelenkscheibe dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage einen abgeplatteten Bereich aufweist, der mit einer Wandung des Tragkörpers einen Spalt bildet, in welchen die elastische Lage ausweichen kann.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein Zusammenwirken einer zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten elastischen Lage und einer zylindrisch ausgebildeten elastischen Lage eine Reihenschaltung der Lagen realisiert. Die Reihenschaltung realisiert erfindungsgemäß ein selektives Zusammenwirken der beiden elastischen Lagen. Bei axialen Bewegungen der Wellenenden ist die zylindrische Lage nachgiebiger als die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage. Bei kardanischen Bewegungen ist die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage nachgiebiger als die zylindrisch ausgebildete Lage. Insoweit wirken die elastischen Lagen selektiv bei bestimmten Bewegungen der Wellenenden zueinander. Bei axialen Bewegungen entfaltet die zylindrische Lage ihre Wirkung, bei kardanischen Bewegungen zusätzlich die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage. Bei kardanischen Wellenbewegungen werden die Aufnahmeeinrichtungen auch einer axialen Bewegung unterworfen, die deren Drehbewegung überlagert ist. Darüber hinaus weisen beide elastischen Lagen eine hohe torsionale Steifigkeit auf. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass durch eine Kombination geometrisch speziell ausgestalteter Lagen eine Gelenkscheibe herstellbar ist, welche an die Betriebsbedingungen zweier rotierender Wellen flexibel anpassbar ist. Des Weiteren ist eine solche Gelenkscheibe kostengünstig herstellbar, da sie einen einfachen Aufbau aufweist.
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Die abgeplatteten Bereiche könnten im Bereich des Äquators, das heißt der größten radialen Ausdehnung, der Aufnahmeeinrichtung ausgebildet sein. Die abgeplatteten Bereiche erlauben vorteilhaft die Einfügung der Aufnahmeeinrichtung in einen engen Bauraum, da die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage verpresst werden kann, wobei Lagenmaterial in die Zone des abgeplatteten Bereiches ausweichen kann. Des Weiteren erlauben abgeplattete Bereiche eine Einstellung der Federkennung der Gelenkscheibe. Die abgeplatteten Bereiche bilden mit einer Wandung, in welche die Aufnahmeeinrichtung eingepresst ist, einen Spalt. Dieser Spalt muss bei torsionaler Bewegung zunächst geschlossen werden, bevor die elastische Lage an der Wandung zur Anlage kommt. Insoweit wirkt der abgeplattete Bereich zusammen mit dem Spalt quasi als Freilauf und realisiert einen Arbeitsbereich mit einer weichen Kennlinie.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Jede Aufnahmeeinrichtung könnte eine zylindrische Hülse und eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse umfassen. Die Vorkehrung einer zylindrischen Hülse erlaubt auf problemlose Weise die Aufnahme einer Schraube oder eines Zapfens, um eine Verbindung von Elementen, beispielsweise Flanschen, mit der Gelenkscheibe herzustellen. Dies gilt ebenfalls für eine teilweise sphärisch ausgebildete Hülse. Darüber hinaus stellen Hülsen starre Elemente dar, die als Lager für Befestigungsmittel dienen können. Die Hülsen könnten aus Kunststoff gefertigt sein. Kunststoff stellt einen kostengünstigen Werkstoff dar, der sich durch eine hohe Zähigkeit und leichte Verarbeitbarkeit auszeichnet. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Hülsen spritzgusstechnisch hergestellt sind. Die Hülsen könnten aus Metallen gefertigt sein. Metalle zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und große Stabilität aus. Um eine besonders leichte Gelenkscheibe zu fertigen, könnten Leichtmetalle wie Aluminium Verwendung finden.
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Die zylindrische Hülse könnte von der zylindrischen elastischen Lage umgeben sein. Dabei könnte die zylindrische elastische Lage von der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse umgeben sein, welche ihrerseits wiederum von der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten elastischen Lage umgeben ist. Bei diesem Aufbau ist die zylindrische Hülse als Innenteil ausgestaltet. Die zylindrische Hülse dient als Widerlager für ein Befestigungsmittel, welches nicht in direktem Kontakt mit der zylindrischen elastischen Lage treten kann. Hierdurch werden Beschädigungen der elastischen Lage vermieden. Der zwiebelschalenartige Aufbau erlaubt eine feste Verbindung der einzelnen elastischen Lagen und Hülsen miteinander. Denkbar ist vor diesem Hintergrund, dass auf den Außenumfang der zylindrischen Hülse eine elastische Lage anvulkanisiert oder aufgeklebt ist. Des Weiteren könnte an die zylindrische elastische Lage die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse anvulkanisiert oder angeklebt sein. Am Außenmantel der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse könnte die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage anvulkanisiert oder angeklebt sein. Ein Anvulkanisieren oder Verkleben stellt eine dauerhafte und feste Verbindung her, welche erlaubt, eine Aufnahmeeinrichtung als vorgefertigtes Teil in einen Tragkörper einzusetzen. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Hülsen und elastischen Lagen allein durch Presspassung miteinander verbunden sind. Eine Presspassung bzw. Presssitz erlaubt eine kostengünstige und rasche Fertigung einer Aufnahmeeinrichtung.
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Das zuvor Gesagte gilt ebenfalls für eine Aufnahmeeinrichtung, bei der die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse als Innenteil ausgebildet ist, welche von einer zylindrischen Hülse umgeben ist. In diesem speziellen Fall weist die zylindrische Hülse eine sphärisch ausgebildete Innen- und eine zylindrisch ausgebildete Außenwandung auf, um die sphärisch ausgebildete Hülse aufzunehmen. Ganz in Abhängigkeit von der Form des Tragkörpers kann die Aufnahmeeinrichtung derart ausgestaltet sein, dass die zylindrische Hülse als Innenteil oder als Außenteil ausgestaltet ist. Die Ausgestaltung der zylindrischen Hülse als Außenteil hat den Vorteil, dass im Tragkörper lediglich zylindrische Bohrungen vorgesehen werden müssen, um eine solche Aufnahmeeinrichtung aufzunehmen. Diese Ausgestaltung erlaubt daher einen einfachen Aufbau des Tragkörpers und somit eine kostengünstige Fertigung.
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Die hier beschriebenen elastischen Lagen könnten aus Gummi gefertigt sein. Gummi stellt einen kostengünstigen Werkstoff dar, der sich problemlos mit metallischen Bauteilen durch Vulkanisierung verbinden lässt. Denkbar ist auch, dass die hier beschriebenen elastischen Lagen aus Silikon oder Silikonkautschuk gefertigt sind. Dieser Werkstoff ist besonders kostengünstig und leicht verarbeitbar, da er durch Spritzgießen in Hohlräume eingebracht werden kann oder auf Elemente aufgetragen werden kann. Die elastischen Lagen könnten des Weiteren aus MCU (Microzelluläres Urethan) gefertigt sein. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit aus. Insbesondere hat er sich als chemisch resistent gegen die meisten verwendeten Maschinenöle erwiesen.
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Der Tragkörper könnte zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt das Einsetzen von zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Aufnahmeeinrichtungen in den Tragkörper. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass der Tragkörper zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile des Tragkörpers die Aufnahmeeinrichtungen zwischen sich einschließen. Die beiden Teile des Tragkörpers könnten als Tiefziehteile gefertigt sein. Die Verwendung eines Tiefziehteils erlaubt einen raschen Fertigungsprozess. Das Tiefziehteil könnte aus Stahlblech gefertigt sein, welches sich durch eine hohe Stabilität auszeichnet. Die beiden Teile des Tragkörpers könnten durch Umbördelung, Verschweißen oder Verschrauben miteinander verbunden werden. Eine Umbördelung erlaubt eine rasch durchführbare Verbindung der beiden Teile des Tragkörpers. Das Verschweißen der beiden Teile des Tragkörpers gewährleistet eine sehr hohe Stabilität des Tragkörpers. Verschraubte Tragkörper können leicht geöffnet werden, um schadhaft gewordene Aufnahmeeinrichtungen auszutauschen.
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Der Tragkörper könnte aus Aluminiumdruckguss gefertigt sein. Diese Materialwahl erlaubt die Fertigung einer besonders leichten Gelenkscheibe. Die beiden Teile des Tragkörpers könnten durch Nut-Federverbindungen oder allgemein durch Ausnehmungen und Ausstülpungen zusammenfügbar sein. Die Vorkehrung zueinander komplementärer Mittel erlaubt eine einfache Zentrierung der beiden Teile des Tragkörpers, wenn diese zusammengefügt werden.
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Es ist auch denkbar, dass der Tragkörper einteilig ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinrichtungen mit einem Kunststoff umspritzt werden, um eine schnelle und kostengünstige Fertigung zu realisieren.
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Im Tragkörper könnten zumindest an seinem äußeren Umfang Ausnehmungen ausgebildet sein. Bei hoher kardanischer Belastung der Aufnahmeeinrichtungen können diese quasi zumindest teilweise aus dem Tragkörper heraustreten, ohne dass die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage zu stark deformiert wird. Des Weiteren ist durch ein Ausweichen der Aufnahmeeinrichtungen in die Ausnehmungen sichergestellt, dass sich die Aufnahmeeinrichtung bei einer Drehbewegung über einen möglichst großen Winkelbereich auf einem Kreisbogen bewegt.
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Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass der Tragkörper derart ausgeformt oder ausgebeult ist, dass zwischen der elastischen Lage und der Wandung des Tragkörpers ein Hohlraum ausgebildet ist, in den die Aufnahmeeinrichtung bzw. die elastische Lage ausweichen kann.
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Die Gelenkscheibe könnte eine Zentrierhülse zur Aufnahme von Wellenenden umfassen. Die Zentrierhülse stellt sicher, dass zwei Wellenenden nahezu keinen Versatz zueinander aufweisen.
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Die Zentrierhülse könnte eine elastische Lage aufweisen. Die elastische Lage erlaubt einen Ausgleich geringfügiger Bewegungen der Wellenenden und trägt zusätzlich zur Dämpfung von Schwingungen bei.
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Innerhalb der Zentrierhülse könnte eine elastische Lage angeordnet sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Wellenzapfen oder ein Wellenende innerhalb der Zentrierhülse durch Presspassung aufgenommen werden kann. Die elastische Lage kann als Elastomer oder Gummi ausgebildet sein.
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Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die elastische Lage innerhalb der Zentrierhülse zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist. Die sphärische Ausgestaltung realisiert, dass die elastische Lage aufgrund ihrer Wölbung vorwiegend Scherbeanspruchungen unterworfen wird. Dabei ist vorteilhaft realisiert, dass eine gewölbte elastische Lage nahezu unabhängig von ihrer Dicke eine hohe radiale Steifigkeit realisieren kann, da bei radialer Auslenkung hauptsächlich Zug-Druck-Belastungen auftreten. Hierdurch wird deren Verschleiß minimiert.
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An die elastomere Lage könnte sich eine Innenhülse anschließen. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders genaue Zentrierung eines Wellenendes, da die Innenhülse nach Einbettung in der elastischen Lage ausgedreht werden kann, um Unebenheiten oder azentrische Positionierungen zu kompensieren. Die Innenhülse könnte aus Bronze gefertigt sein, um eine hohe Verschleißfestigkeit sicher zu stellen. Eine Fertigung der Innenhülse aus Kunststoff ist besonders kostengünstig. Die Innenhülse und/oder die elastische Lage könnten sphärisch ausgebildet sein. Um Wiederholungen in Bezug auf die Vorteile einer sphärischen Ausgestaltung zu vermeiden, sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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In die hier beschriebene Gelenkscheibe könnten Zentrierhülsen der Ausgestaltung eingesetzt werden, wie sie in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 055 800 A1 beschrieben sind. Die in dieser deutschen Patentanmeldung beschriebenen Ausführungsformen der Zentrierhülse, insbesondere deren Ausgestaltungen mit elastischen Lagen, wird ausdrücklich auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Danach umfasst eine Anordnung eine Gelenkscheibe, wobei beiderseits der Gelenkscheibe jeweils ein Flansch angeordnet ist, wobei jedem Flansch ein Wellenende zugeordnet ist, wobei jeder Flansch mit mindestens einer Aufnahmeeinrichtung fest verbunden ist und wobei jede Aufnahmeeinrichtung ausschließlich mit einem Flansch verbunden ist.
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Um Wiederholungen zu vermeiden, sei in Bezug auf die erfinderische Tätigkeit auf die Ausführungen zur Gelenkscheibe als solcher verwiesen.
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Die hier beschriebene Gelenkscheibe bzw. Anordnung enthält vorzugsweise vier, sechs oder acht Aufnahmeeinrichtungen. Die Vorkehrung von vier Aufnahmeeinrichtungen erlaubt die Anordnung von Zweiarmflanschen beiderseits der Gelenkscheibe. Dabei sind jedem Zweiarmflansch zwei unterschiedliche Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet. Denkbar ist vor diesem Hintergrund auch, dass Dreiarmflansche oder Vierarmflansche Verwendung finden, wobei jedem Arm eine Aufnahmeeinrichtung zugeordnet ist. Alle Aufnahmeeinrichtungen der Gelenkscheibe sind relativ zueinander in geringem Maße beweglich.
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Die hier beschriebene Gelenkscheibe bzw. Anordnung findet vorzugsweise in Kraftfahrzeugen Anwendung, da bei Verbrennungsmotoren hohe Drehmomente und Vibrationen auftreten.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter zu bilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gelenkscheibe sowie der erfindungsgemäßen Anordnung an Hand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit Gelenkscheibe und Dreiarmflansch,
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2 einen Schnitt längs der Linie B-B der Anordnung gemäß 1 und
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3 einen Schnitt längs der Linie C-C gemäß 1.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt in einer Draufsicht eine Anordnung mit einem Dreiarmflansch 2, der mit drei Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 einer Gelenkscheibe verbunden ist. Die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zeigen in einer Draufsicht eine zylindrische Hülse 8, eine zylindrisch ausgebildete Lage 7, eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse 6 und eine dieser zugeordnete zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5.
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Des Weiteren ist aus 1 ein Teil des zweiteilig ausgestalteten Tragkörpers 3 zu erkennen. In 1 ist ebenfalls gezeigt, dass im Tragkörper 4 zumindest an seinem äußeren Umfang Ausnehmungen 12 vorgesehen sind, durch welche die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 hindurch ragen.
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In 1 ist eine Anordnung gezeigt, bei der eine Gelenkscheibe Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 aufweist. Jedem Flansch 1, 2 ist jeweils ein Wellenende zugeordnet. Die Flansche 1, 2 sind als Dreiarmflansche ausgestaltet, wobei jedem Arm eine Aufnahmeeinrichtung 6, 8 zugeordnet ist. Jeder Arm eines Flansches 1, 2 ist mit einer Aufnahmeeinrichtung 6, 8 durch Verschrauben fest verbunden. Jede Aufnahmeeinrichtung 6, 8 ist ausschließlich mit einem Flansch 1, 2 bzw. einem Arm des Flansches 1, 2 verbunden.
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2 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie B-B gemäß 1. Diese zeigt eine Anordnung mit einer Gelenkscheibe zur drehmomentübertragenden Verbindung zweier Elemente 1, 2, welche als Dreiarmflansche ausgestaltet sind.
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Die Gelenkscheibe umfasst einen Tragkörper 3, 4, welchem Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zugeordnet sind. Die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 sind relativ zueinander beweglich angeordnet. Jeder Aufnahmeeinrichtung 6, 8 ist mindestens eine elastisch deformierbare Lage 5, 7 zugeordnet. Jede Aufnahmeeinrichtung 6, 8 weist eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5 und eine zylindrisch ausgebildete elastische Lage 7 auf.
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Die Lagen 5, 7 wirken bei der relativen Bewegung der Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zusammen und wirken quasi als Reihenschaltung. Diese Reihenschaltung fungiert analog zu einer Reihenschaltung zweier Schraubenfedern, bei der eine sehr hohe Federkonstante und die andere eine sehr niedrige aufweist.
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Jede Aufnahmeeinrichtung 6, 8 umfasst eine zylindrische Hülse 8 und eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse 6.
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Die zylindrische Hülse 8 ist von der zylindrischen elastischen Lage 7 umgeben. Die Lage 7 ist von der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse 6 umgeben, wobei die Hülse 6 von der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten elastischen Lage 5 umgeben ist. Die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5 liegt bereichsweise am Tragkörper 3, 4 an. Die sphärisch ausgebildeten Lagen 5 weisen abgeplattete Bereiche 11 auf.
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Der Tragkörper 3, 4 ist zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildet und besteht aus zwei Teilen 3 und 4. Im Tragkörper 3, 4 sind zumindest an seinem äußeren Umfang Ausnehmungen 12 ausgebildet. In die Ausnehmungen 12 ragt die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage 5 gemeinsam mit der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse 6 hinein.
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Die Gelenkscheibe weist eine Zentrierhülse 9 zur Aufnahme von Wellenenden 10 auf.
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3 ist eine Schnittansicht längs der Linie C-C gemäß 1. 3 zeigt eine Aufnahmeeinrichtung 6, 8 gemäß 1. Diese ist in einen zweiteilig ausgestalteten Tragkörper 3, 4 eingebettet. Die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage 5 weist einen abgeplatteten Bereich 11 auf, der zusammen mit der Wandung des Tragkörpers 3, 4 einen Spalt bildet, in welchen die elastische Lage 5 ausweichen kann.
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In 3 ist des Weiteren gezeigt, dass die Aufnahmeeinrichtung 6, 8 eine zylindrische Hülse 8, eine zylindrische elastische Lage 7 sowie eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse 6 umfasst.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich ausgewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.