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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Gelenk, insbesondere
zum Verbinden zweier Wellenabschnitte in Lenkungen von Kraftfahrzeugen. Dieses
weist zwei Gelenkgabeln auf, die mit jeweils einem Wellenabschnitt
verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel aufweisen, und
einen zwischen den Gelenkgabeln angeordneten Gelenkkörper. Der Gelenkkörper umfasst
eine elastische Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen und zwei an dieser
angebrachte Übertragungsteile,
die jeweils ein Paar Komplementär-Lagermittel
aufweisen. Des weiteren betrifft sie eine Wellenanordnung in einem
Kraftfahrzeug, wobei wenigstens zwei Wellenabschnitte über ein
solches flexibles Gelenk verbunden sind.
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Derartige
flexible Gelenke werden üblicherweise
in Gelenkwellenanordnungen eingesetzt, bei denen Drehmomente über eine
Mehrzahl von Wellen übertragen
werden müssen,
die zueinander versetzt oder/und nicht parallel verlaufen. Insbesondere
bei Gelenkwellen zur Übertragung
von Lenkmomenten in Kraftfahrzeugen finden flexible Gelenkanordnungen 60 Anwendung,
wie in 3 schematisch gezeigt. Zudem
bewirken diese Gelenkanordnungen 60 mit ihrer elastischen
Gelenkscheibe ein weiches Eingreifen sowie eine Dämpfung von
Drehschwingungen und Stößen.
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Aus
dem Stand der Technik sind unterschiedliche Gelenkanordnungen 60 zur
drehschwingungsgedämpften Übertragung
von Lenkmomenten einer Lenkspindel 50 bekannt. Eine Lösung des Stands
der Technik, die in 5a beispielhaft gezeigt ist,
sieht einen Einbau einer elastischen Gelenkscheibe 130 vor.
Allerdings ist diese Gelenkscheibe 130 nicht, wie vorstehend
beschrieben, zwischen zwei Gelenkgabeln angeordnet, sondern zwischen zwei
flanschartigen Wellenendabschnitten 152 und 154 der
zu verbindenden Wellen. Diese werden ohne gelenkige Lagerung direkt
mit der elastischen Gelenkscheibe 130 drehfest verbunden.
Die Gelenkachsen G11 und G12, die durch die beiden mit der Gelenkscheibe 130 verbundenen
Abschnitte 152 und 154 gebildet werden, schneiden
sich nicht. Daraus ergeben sich einige Nachteile. Die Gelenkscheibe 130 wird
bei Übertragung
des Drehmoments somit auf Scherung beansprucht und zusätzlich durch
ihren Einbau unter einem Beugewinkel zwischen den nicht parallelen
Wellen auf Zug und Druck belastet. Dies führt dazu, dass während des
Umlaufs der Wellen eine ständige
elastische Verformung in Form von Walkarbeit auf die Gelenkscheibe 130 einwirkt
und diese dadurch einem erhöhten
Verschleiß ausgesetzt ist.
Zusätzlich
resultiert aus der Walkarbeit ein Rückstellmo ment, das die Übertragung
eines konstanten Momentes negativ beeinflusst und daher unerwünscht ist.
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Ein
weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung liegt in den begrenzten
Einsatzmöglichkeiten. So
ist ein Einsatz nur in Einbausituationen mit kleinen Beugewinkeln
zwischen den Längsachsen
der Wellen zueinander möglich,
da die Gelenkscheibe 130 auf Dauer nur begrenzt deformierbar
ist. Außerdem müssen bei
derartigen Anordnungen Gelenkscheiben 130 mit einer verhältnismäßig weichen
Gummimischung eingesetzt werden, um zu gewährleisten, dass ihre Deformation
ausreicht, um das Drehmoment zuverlässig von einer Welle auf die
andere übertragen
zu können.
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Eine
alternative aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungsmöglichkeit
sieht vor, dass die Gelenkscheibe 230 mit den Wellenendabschnitten 252 und 254 verbunden
ist und auf einer Seite der Gelenkanordnung zusätzlich ein Kreuzgelenk 270 angeordnet
ist, wie in 5b beispielhaft dargestellt. Auf
diese Weise wird die Zug- und
Druckbelastung, die auf die Gelenkscheibe 230 wirkt, maßgeblich
herabgesetzt und damit der Verschleiß verringert. Jedoch ist bei
dieser Anordnung die Verwendung einer Zentrierung 256 der
Gelenkscheibe 230 notwendig. Dadurch erhöhen sich
die Teilezahl und somit auch Kosten und der benötigte Bauraum der Vorrichtung. Durch
den Einsatz einer Zentrierung entsteht außerdem ein weiterer Schwingungspfad, über den Schwingungen
direkt übertragen
werden können. Dadurch
wird die Gesamtisolierungswirkung zur Schwingungsdämpfung vermindert.
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Ferner
kann die Anordnung für
eine Zentrierung zusätzliche
Sicherungsbleche zur Sicherung der elastischen Gelenkscheibe aufweisen,
die bei dieser Lösung
sehr aufwendig einzubauen sind. Das Problem einer erhöhten Scherbelastung
für die
Gelenkscheibe 230, das durch Gelenkachsen G21 und G22 entsteht,
die sich nicht kreuzen sondern windschief zueinander stehen, tritt
auch bei dieser Variante auf.
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Um
den vorstehend skizzierten Nachteilen zu begegnen, ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ein Lenkungsgelenk bereitzustellen, das
einen kompakten Aufbau mit einer verringerten Teilezahl und einer
vereinfachten Montage aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein flexibles Gelenk mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist
das flexible Gelenk zwei Gelenkgabeln auf, die jeweils mit einem
Wellenabschnitt verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel
aufweisen, und einen zwischen den Gelenkgabeln angeordneten Gelenkkörper. Der
Gelenkkörper
umfasst eine elastische Gelenkscheibe und zwei an dieser angebrachte Übertragungsteile,
die jeweils ein Paar mit den Lagermitteln zusammenwirkende Komplementär-Lagermittel
aufweisen. Jedes der Übertragungsteile
ist über
Verbindungsbereiche mit der Gelenkscheibe verbindbar, wobei die
an den Übertragungsteilen
paarweise angeordneten Komplementär-Lagermittel jeweils zwei
einander kreuzende oder windschiefe Gelenkachsen definieren, und
wobei wenigstens einer der Verbindungsbereiche – in einer Betrachtungsrichtung
orthogonal zu beiden Gelenkachsen betrachtet – zwischen zwei Gelenkachsen angeordnet
ist.
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Bei
einem derartigen Gelenk wird der auftretende Beugewinkel zwischen
den zwei zu verbindenden Wellenabschnitten ausgeglichen, so dass
keine nennenswerte Walkbelastung, wie aus dem Stand der Technik
bekannt, auf die elastische Gelenkscheibe einwirkt. Daraus ergibt
sich eine erhöhte
Lebenserwartung und ein niedrigeres Ausfallrisiko der Gelenkscheibe.
Darüber
hinaus entfällt
auch das aus der Walkarbeit entstehende unerwünschte Rückstellmoment. Der spezielle
Aufbau bzw. die Anordnung der Komplementär-Lagermittel in Relation zu
den Verbindungsbereichen ermöglicht
eine kompakte Bauweise.
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Bei
bisher bekannten flexiblen Gelenken der eingangs bezeichneten Art
hat man festgestellt, dass die Gelenkscheibe an den Verbindungsbereichen durch
die Anbringung steifer Teile in ihrer Elastizität eingeschränkt wurde. Aus diesem Grunde
ist es sinnvoll, die Gelenkscheibe ausreichend groß zu dimensionieren
und die Verbindungsbereiche in einem möglichst großen Abstand voneinander anzuordnen. Sind
nun die Verbindungsbereiche nicht zwischen den durch die paarweise
angeordneten Komplementärlagermittel
definierten Gelenkachsen angeordnet, sondern auf diesen Gelenkachsen,
so muss der Abstand zwischen den angeordneten Komplementär-Lagermitteln größer sein
als der Abstand der jeweiligen ein Übertragungsteil verbindenden
Verbindungsbereiche. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Größen der
Gelenkgabel und den Abstand der zwei Gabelschenkel aus, da der Gelenkkörper an
seinen Lagerstellen zwischen diesen aufgenommen wird. Es ist also
eine größere Gestaltung
des Gelenks erforderlich, was durch die erfindungsgemäße Anordnung verhindert
werden kann.
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Bei
Rotation der durch das flexible Gelenk zu verbindenden Wellenabschnitte
werden die Gelenkgabeln als äußere Gelenkteile
um ihre Mittelachse gedreht und erzeugen so eine kreisförmige Bewegungskurve.
Der Durchmesser dieses Kreises wird als sogenannter Rotationsdurchmesser
bezeichnet. Dieser wird bei einem erfindungsgemäßen flexiblen Gelenk im Vergleich
zum Stand der Technik demnach deutlich her abgesetzt. Das erfindungsgemäße Gelenk
ist kompakter, ohne die Elastizität der Gelenkscheibe und damit
die Dämpfungseigenschaften
negativ zu beeinflussen.
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Zur
Vereinfachung der Montage kann ferner vorgesehen sein, dass die
Gelenkscheibe eine im wesentlichen rotationssymmetrische Grundfläche bezüglich einer
zentralen Symmetrieachse aufweist. Derartige elastische Gelenkscheiben
sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden in konventionellen
Kreuzgelenken eingesetzt. Somit können bisher verwendete Montagewerkzeuge
und Montageschritte analog bei der Montage dieses flexiblen Gelenks
eingesetzt werden. Zur weiteren Vereinfachung der Montage kann außerdem vorgesehen sein,
dass die Gelenkscheibe eine zentrale Montageöffnung aufweist, über die
sie bei der Montage gehalten werden kann.
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Eine
erfindungsgemäße Weiterbildung
sieht vor, dass jedes der Lagermittel eine jeweils einen Lagerbolzen
aufnehmende Lageröffnung
und jedes der Komplementär-Lagermittel einen
Lagerbolzen umfasst. Des weiteren kann hinsichtlich der Lagerung vorgesehen
sein, dass jedes Übertragungsteil
in seinem Randbereich zwei gegenüberliegende
stutzenförmige
Abschnitte aufweist, die die Lagerbolzen der Komplementär-Lagermittel
bilden. Die im Randbereich der Übertragungsteile
ausgebildeten Lagerbolzen sind so ausgebildet, dass herkömmliche
Gelenkgabeln mit entsprechenden Lagerbohrungen verwendet werden
können.
Durch einen leichten Versatz der Lagerbolzen in Richtung der Symmetrieachse
der Gelenkscheibe nach oben oder unten können die durch die Lage der
Lagerbolzen bestimmten Gelenkachsen der Gelenkgabeln in eine Ebene
gebracht werden, wie im folgenden noch näher beschrieben wird.
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Vorteilhaft
kann für
die Lagerung außerdem vorgesehen
sein, dass der Lagerbolzen in einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung
innerhalb der Lagerbohrung aufgenommen ist. Auf diese Weise wird
eine Rotationsbewegung des Gelenkteils gegenüber den Gelenkgabeln mit einer
deutlich verringerten Reibung sichergestellt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsbereiche
der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen
ausgebildet sind. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß ebenso
möglich,
dass die Verbindungsbereiche in Form von in die Gelenkscheibe eingebrachten
oder eingegossenen Aufnahmestutzen, Aufnahmebolzen oder dergleichen
ausgebildet sind. Zudem kann bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen sein, dass jedes Übertragungsteil wenigstens
zwei mit den Aufnahmeöffnungen
der Gelenkscheibe korrespondierende Befestigungsöffnungen aufweist. Sind die
Verbindungsbereiche der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöff nungen
ausgebildet und entsprechende korrespondierende Befestigungsöffnungen
auch in den Übertragungsteilen
vorgesehen, so können
diese Teile einfach vermittels zusätzlicher Verbindungselemente,
wie beispielsweise einer Schrauben-Mutter-Paarung, miteinander verbunden werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Verbindungsbereiche mit Aufnahmebolzen oder -stutzen können die Übertragungsteile
mittels ihrer Befestigungsöffnungen
auf diese aufgesetzt werden und ebenfalls mit zusätzlichen
Verbindungselementen, beispielsweise entsprechenden Muttern, befestigt
werden. Alternativ dazu wäre
ebenfalls denkbar, dass die Übertragungsteile
mit entsprechenden mit den Aufnahmeöffnungen der Gelenkscheibe
korrespondierenden Befestigungsbolzen oder -stutzen oder dergleichen ausgestattet
sind. Hier erfolgt die Verbindung analog, die Bolzen oder Stutzen
werden in die entsprechenden Aufnahmeöffnungen der Gelenkscheibe
eingesetzt und zusätzlich
mittels entsprechender Verbindungsmittel befestigt.
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Hinsichtlich
der Befestigung der Übertragungsteile
mit der Gelenkscheibe kann außerdem vorgesehen,
dass die Übertragungsteile
mittels lösbarer
oder unlösbarer
Verbindungselemente mit der Gelenkscheibe verbunden und im wesentlichen
gegen Relativverdrehung gegenüber
der letzteren gesichert sind. Unlösbare Verbindungen, wie eine
Nietverbindung oder eine Schweißverbindung,
sind von Vorteil, da das montierte flexible Gelenk nicht nachträglich geöffnet und
in seinem Zusammenbau verändert
werden kann. Dadurch kann ein fehlerhafter Einbau vermieden werden;
bei einem mittels unlösbarer Verbindungen
montierten Gelenk ist es nur an den dafür vorgesehenen Verbindungsstellen
möglich,
die entsprechenden Wellenteile mit dem Gelenk zu verbinden. Zudem
ist als vorteilhaft zu sehen, dass beispielsweise die Kosten der
Fertigung durch die Verwendung unlösbarer Verbindungen herabsetzt
werden können.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Übertragungsteile im wesentlichen
aus Flachteilen gebildet werden. Ferner kann hinsichtlich der Form
der Flachteile vorgesehen sein, dass sie im wesentlichen gleichförmig ausgebildet
sind und eine Z-Form aufweisen. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß jedoch
auch möglich,
dass die Flachteile ungleichförmig
ausgebildet sind. Der Vorteil gleichförmig ausgebildeter Flachteile
liegt darin, dass die Flachteile in großen Stückzahlen hergestellt werden können. Eine
ungleichförmige
Ausbildung der Flachteile kann dann sinnvoll sein, wenn eines der
Flachteile, beispielsweise das untere, eine zusätzliche Funktion, beispielsweise
eine Anschlagfunktion, erfüllen
soll.
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Die
Flachteile dienen zugleich gegenüber den
zur Verbindung mit der Gelenkscheibe eingebrachten Verbindungselementen,
wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen, als Sicherungsscheiben,
die verhindern, dass Schrauben oder Muttern sich beim Festschrauben
in das elastische Material der Gelenkscheibe hineinziehen. Auf diese
Weise können
weitere Teile bei der Montage eingespart und die Montagekosten ebenso
wie die Materialkosten gesenkt werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Übertragungsteile auf ein und
derselben Seite der Gelenkscheibe angeordnet sind. Durch entsprechende
Anordnung der Lagerbolzen an den Randbereichen der Flachteile, können die
beiden Gelenkachsen der Übertragungsteile
im wesentlichen in dieselbe Ebene „gelegt" werden, so dass sie sich kreuzen können. Dadurch
wird die auf die Gelenkscheibe wirkende Scherbelastung durch eine
reine Zug- und Druckbelastung in Umfangsrichtung ersetzt, wodurch
sich die Lebensdauer der Gelenkscheibe maßgeblich erhöhen lässt. Auch
ist diese Maßnahme
für die
Montage sinnvoll, da beide Übertragungsteile
auf derselben Seite übereinander
auf der Gelenkscheibe angebracht werden können, ohne das Erfordernis
eines Zwischenschritts, wie ein Umdrehen der Gelenkscheibe.
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Bei
einer Ausführungsvariante
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Relativverdrehung zwischen
den Übertragungsteilen
durch Anschlagmittel begrenzt ist. Dabei kann ferner vorgesehen sein,
dass die Anschlagmittel wenigstens ein Anschlagelement an der Gelenkscheibe
und wenigstens ein korrespondierendes Gegenanschlagelement an einem
der Übertragungsteile
aufweisen. Als Anschlagelement ist beispielsweise denkbar, dass
die Verbindungsbereiche der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen
ausgebildet sind, wobei die Aufnahmeöffnungen für das obenliegende Übertragungsteil
einen erhöhten
Stützflansch
aufweisen, der als Anschlagelement wirkt, und das untere Übertragungsteil
aufgrund seiner Formgebung ein dazu korrespondierendes Gegenanschlagelement
bildet, das bei einer bestimmten Relativverdrehung an dem Stützflansch
anschlägt.
Bei einer Verdrehung des unteren Übertragungsteils gegenüber der
Gelenkscheibe wird dieses im Bereich seines Gegenanschlagselements,
das beispielsweise als gekrümmte
Ausnehmung ausgebildet ist, gegen das elastische Anschlagselement
gedrückt.
Somit überträgt sich
das zu übertragende
Drehmoment nicht nur über
die Gelenkscheibe sondern auch über
die sogenannten Softanschläge,
die gleichzeitig den Verbindungsbereich für das andere Übertragungsteil
bilden. Auf diese Weise können
vor allen Dingen auftretende Lastspitzen aufgenommen werden, sodass
die Gelenkscheibe im Vergleich zu konventionellen Einbausituationen
kleiner dimensioniert werden kann. Ebenso ist es denkbar die Anschlagelemente
in Form eines elastischen Randbereichs der in der Gelenkscheibe aufgenommenen
Verbindungsbolzen oder -stutzen auszubilden.
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Zudem
stellt diese formschlüssige
Anordnung sicher, dass die Übertragung
eines Lenkmoments und somit die Lenkfähigkeit weiterhin bestehen
bleibt, selbst wenn die Gelenkscheibe komplett ausfallen sollte,
beispielsweise wenn diese verbrannt sein sollte.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren
erläutert.
Es stellen dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen flexiblen Gelenks in zusammengebautem
Zustand,
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2 eine
perspektivische Ansicht in einem die Symmetrieachse enthaltenden
Diagonalschnitt des Gelenkkörpers
des erfindungsgemäßen Gelenks nach 1 in
zusammengebautem Zustand,
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3a eine
perspektivische Ansicht der Gelenkscheibe aus dem erfindungsgemäßen Gelenk nach 1,
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3b eine
perspektivische Ansicht der Gelenkscheiben nach 3a mit
einem Übertragungsteil
aus dem erfindungsgemäßen Gelenk
nach 1 in eingebautem Zustand,
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3c eine
perspektivische Ansicht der Gelenkscheibe und eines ersten Übertragungsteils
nach 3b mit einem zweiten Übertragungsteil aus dem erfindungsgemäßen Gelenk
nach 1 in eingebautem Zustand,
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4 eine
schematische Ansicht eines Lenkungsmechanismus in einem Kraftfahrzeug,
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5a eine
perspektivische Ansicht einer Gelenkanordnung mit einer unter einem
Beugewinkel eingebauten Gelenkscheibe aus dem Stand der Technik,
und
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5b eine
perspektivische Ansicht einer Gelenkanordnung mit einer Gelenkscheibe,
einer Zentrierung und einem Kreuzgelenk aus dem Stand der Technik.
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In 1 ist
eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen flexiblen
Gelenks 10 in zusammengebautem Zustand gezeigt. Dieses
Gelenk 10 umfasst zwei Gelenkgabeln 12 und 14 sowie einen
Gelenkkörper 16. Über angedeutete
Fortsätze 44 und 45 können die
Gelenkgabeln 12 und 14 mit zueinander abgewinkelten
Wellenabschnitten 44 und 45 der Lenkung verbunden
werden, etwa wie in 4 schematisch gezeigt.
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Der
Gelenkkörper 16 umfasst,
wie beispielsweise in 2 dargestellt, eine elastische
Gelenkscheibe 30 sowie zwei Übertragungsteile 20 und 22. Die
Kopplung der beiden Gelenkgabeln 12 und 14 erfolgt über den
Gelenkkörper 16.
Dieser weist Komplementär-Lagermittel 28 auf,
die in den korrespondierenden Lagermitteln 18 der Gelenkgabeln 12 und 14 aufgenommen
sind. Die Lagermittel 18 umfassen Lageröffnungen sowie darin eingebrachte
Wälzlager, wie
beispielsweise Nadellager, oder Gleitlager, beispielsweise in Form
einer Gleitlagerbuchse. Die Komplementär-Lagermittel 28 sind
als Bolzen ausgebildet, die in die Lageröffnungen eingreifen. Dadurch ist
eine reibungsarme Rotation des Gelenkkörpers 16 relativ zu
der jeweiligen Gelenkgabel 12 und 14 um durch
die Lagermittel 18 gebildete Gelenkachsen G1 und G2 möglich. Dies
ermöglicht
in an sich bekannter Weise, die Neigung der Wellenlängsachsen
der zu koppelnden Wellenabschnitte 44 und 45 zueinander wie
bei einem konventionellen Kreuzgelenk auszugleichen.
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Die
Gelenkscheibe 30 umfasst in konventioneller Weise Faden-
oder Bandwickel z. B. aus Metall, vollsynthetischen Stoffen oder
dergleichen, welche in Gummi oder in anderes elastisches Material eingebettet
werden. Dabei kann die Dicke D der Gelenkscheibe 30 sowie
deren eingelegte(s) Fadenpaket(e) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Drehmomenten
gewählt
werden.
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Die
Grundfläche
A der Gelenkscheibe 30 weist, wie in 3a dargestellt,
eine im wesentlichen quadratische Form auf. Alternativ dazu sind
auch andere Formen der Grundfläche
denkbar, beispielsweise eine runde Gelenkscheibe oder eine sechseckige Gelenkscheibe.
Diese sollte nur im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zentralen
Symmetrieachse S sein. In ihren Eckbereichen befinden sich Verbindungsbereiche 34 der
Gelenkscheibe 30, vermittels derer die Gelenkscheibe 30 mit
den Übertragungsteilen 20 und 22 drehfest
verbunden ist.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
sind die Verbindungsbereiche 34 mit Aufnahmeöffnungen 36 ausgebildet.
Als eine weitere Variante wären
anstelle der Aufnahmeöffnungen 36 in
der elastischen Gelenkscheibe 30 aufgenommene Aufnahmebolzen oder
-stutzen zur Verbindung der Übertragungsteile 20 und 22 mit
der Gelenkscheibe 30 denkbar. Die Verbindungsbereiche 34 sind
mit einem größtmöglichen
Abstand voneinander angeordnet, um auf diese Weise die Flexibilität der Gelenkscheibe 30 nicht
wesentlich zu beeinträchtigen.
Die Ecken der quadratischen Grundfläche A sind im Abschluss mit
den Verbindungsbereichen 34 abgerundet, da diese keinen wesentlichen
Beitrag mehr zur Funktion des Gelenks 10 leisten. Auf diese
Weise wird Material gespart und der Rotationsdurchmesser des Gelenks 10,
also der Durchmesser einer Kreisbahn, die die außenliegende Randbereiche des
Gelenks 10 bei einer Rotationsbewegung beschreiben, nicht
unnötig
vergrößert.
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Des
weiteren weist die Gelenkscheibe 30 eine zentrale Montageöffnung 32 auf,
welche zur Abstützung
und Fixierung der elastischen Gelenkscheibe 30 während der
Montage dienen kann. Auf einer Seite der Gelenkscheibe 30 sind
zudem zwei der Verbindungsbereiche 34, die sich diagonal
gegenüberliegen,
mit einem gegenüber
den beiden anderen Verbindungsbereichen 34 erhöhten Stützflansch 38 um
die Aufnahmeöffnungen 36 herum
ausgebildet. Dieser dient gegenüber
einem der Übertragungsteile 20 als
Anschlagelement 40, dessen Funktion nachfolgend näher erläutert wird.
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Gleichfalls
kann es vorteilhaft sein auf der Rückseite der Gelenkscheibe 30 die
jeweils anderen Verbindungsbereiche ebenso auszuführen, wenn
die Übertragungsteile 20 und 22 nicht
auf derselben Seite der Gelenkscheibe 30 angeordnet werden
sollen.
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Das
erste Übertragungsteil 20 besitzt,
wie in 3b gezeigt, eine Grundfläche B mit
einer im wesentlichen quadratischen Form, wobei nahe den Verbindungsbereichen 34 mit
erhöhtem
Stützflansch 38, korrespondierende
gekrümmte
Ausnehmungen angebracht sind, die als Gegenanschlagelemente 42 zu den
Anschlagelementen 40 wirken. An den anderen beiden Ecken
der Grundfläche
B befinden sich mit den Aufnahmeöffnungen 36 korrespondierende
Befestigungsöffnungen
(in 3b durch die Verbindungselemente 46 verdeckt)
zur Befestigung des Übertragungsteils 20 an
der Gelenkscheibe 30. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Randbereichs 24 des Übertragungsteils 20 sind
zudem stutzenförmige
Abschnitte ausgebildet, die für
die Lagerung des Gelenkkörpers 16 zwischen
den Gelenkgabeln 12 und 14 als Komplementär-Lagermittel 28 in
Form eines Lagerbolzens ausgebildet sind.
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Das Übertragungsteil 20 kann
aus einem einzigen Teil gefertigt worden sein oder aus dem Flachteil
mit der quadratischen Grundfläche
B und den beiden stutzenförmigen
Abschnitten zusammengesetzt sein. Im letzteren Falle müssten diese
Teile mittels eines Fügverfahrens,
beispielsweise Schweißens,
derart miteinander gefügt
sein, dass das Übertragungsteil 20 den
auftretenden Belastungen stand halten kann.
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Das
zweite Übertragungsteil 22 wird
in dieser Ausführungsform,
wie in 3c gezeigt, an den beiden Verbindungsbereichen 34 angeordnet,
die mit einem erhöhten
Stützflansch 38 versehen
sind. Somit ist es direkt mit den an der Gelenkscheibe 30 angebrachten
Anschlagelementen 40 verbunden. Dabei weist das Übertragungsteil 22 eine
Grundfläche
C auf, die im wesentlichen Z-förmig
ausgebildet ist. An den beiden Enden der Z-förmigen Grundfläche C sind
wiederum korrespondierende Befestigungsöffnungen 26 zur Verbindung
des Übertragungsteils 14 mit
der Gelenkscheibe 30 angeordnet. Die Verbindung erfolgt
mittels der Verbindungselemente 46. Analog zu dem Übertragungsteil 20 weist
das Übertragungsteil 22 an
zwei sich gegenüberliegenden Seiten
seines Randbereichs 24 stutzenförmige Abschnitte auf, die die
Lagerbolzen der Komplementär-Lagermittel 28 bilden.
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Die
Komplementär-Lagermittel 28 in
Form von Lagerbolzen sind entlang der Seiten der Grundfläche A der
Gelenkscheibe 30 angeordnet und nicht, wie aus dem Stand
der Technik bekannt, an den Ecken der Grundfläche A. Dies führt zu einer
deutlichen Verringerung des Rotationsdurchmessers des Gelenks 10 im
Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik bei einer gleichgroß ausgebildeten
Gelenkscheibe 30. Auf diese Weise kann der für das flexible
Gelenk 10 benötigte
Bauraum verringert werden oder bei gleichem benötigten Bauraum die dämpfende
Wirkung des Gelenks 10 und die Höhe des darüber übertragbaren Drehmoments erhöht werden.
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Während bei
dem Übertragungsteil 20 die stutzenförmigen Abschnitte
in Richtung der Symmetrieachse S von der Gelenkscheibe 30 wegweisend um
einen geringfügigen
Abstand versetzt ausgebildet sind, sind die stutzenförmigen Abschnitte
des Übertragungsteils 22 in
Richtung der Symmetrieachse S um einen geringfügigen Abstand zu der Gelenkscheibe 30 hin
versetzt ausgebildet. Auf diese Weise konnte erreicht werden, dass
sich die beiden Gelenkachsen G1 und G2 kreuzen. Dies führt dazu,
dass die Scherbelastung in der elastischen Gelenkscheibe 30 durch
eine Zug- und Druckbelastung in Umfangsrichtung ersetzt wird und
die aus dem Stand der Technik bekannte Walkbelastung wegfällt bzw.
deutlich verringert wird. Somit ist es auch möglich, die Gelenkscheibe 30 mit
einer größeren Wickelhöhe bei gleichbleibender
oder größerer Lagenzahl
auszubilden, wodurch mit Hilfe des Gelenks 10 größere Drehmomente übertragen
werden können.
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Wird
nun ein Drehmoment von einem Wellenabschnitt 44 über die
Gelenkgabel 12 auf das darin gelagerte Übertragungsteil 20 übertragen,
bewegt sich dieses relativ zu der Gelenkscheibe 30. Die
Gelenkscheibe 30 wird abschnittsweise in Umfangsrichtung
gedrückt
oder gezogen und überträgt ihrerseits das
Drehmoment auf das andere damit verbundene Übertragungsteil 22 und
die damit verbundene Gelenkgabel 14. Bei der Verwendung
einer konventionellen Gelenkscheibe 30 ohne Anschlagmittel
wird die torsionale Belastung, welche auf die Gelenkscheibe 30 wirkt,
wesentlich größer als
bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Durch die Anschlagmittel wird das Drehmoment sowohl über die Gelenkscheibe 30 als
auch über
die Gegenanschlagelemente 42 und Anschlagelemente 40 übertragen, mit
denen das zweite Übertragungsteil 22 verbunden ist.
Auftretende Lastspitzen können
auf diese Weise über
die Anschlagmittel aufgenommen werden. Dadurch dass die Anschlagelemente 40 als
Teil der Gelenkscheibe 30 aus einem gummiartigen Material hergestellt
sind, ergibt sich zudem eine dämpfende Wirkung.
Die Einleitung des zu übertragenden
Drehmoments in das zweite Übertragungsteil 22 ist
stetig, ein ungedämpftes „Anschlagen" der beiden Übertragungsteil 20 und 22 wird
mit Hilfe der Anschlagmittel verhindert. Durch die symmetrische
Gestaltung der Anschlagelemente 40 können Drehmomente zudem in beiden
möglichen
Wirkrichtungen gedämpft übertragen
werden. Insgesamt ermöglichen
die Anschlagmittel eine geringere Dimensionierung der Gelenkscheibe 30 als
bei konventionellen Ausführungen.
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Die
beiden Übertragungsteile 20 und 22 dienen
sowohl zur Drehmomentübertragung
als auch aufgrund ihrer Ausbildung als flache Formteile als Sicherungsscheiben
für die
Gelenkscheibe 30. Bei konventionellen Lösungen aus dem Stand der Technik
(wie in den 5a und 5b dargestellt)
dient die Verwendung zusätzlicher
Sicherungsscheiben in bekannter Weise dazu, ein Hineinziehen der
Endbereiche der Verbindungselemente in die Gelenkscheibe 130 (bzw. 230)
zu verhindern. Beispielsweise bei dem Einsatz von Nietverbindungen
oder Schrauben und Muttern zur Verbindung der Wellenendabschnitte 152 und 154 (252 und 254)
mit der Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) werden die
Sicherungsscheiben auf der dem Wellenabschnitt gegenüberliegenden
Seite der Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) zwischen
Verbindungselement und Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) angebracht.
Wird die Niet- oder Schraubverbindung auf Zug belastet, können der
Niet- oder Schraubenkopf bzw. die Mutter die Aufnahmeöffnung der
elastischen Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) nicht
aufdehnen und hineingezogen werden, sondern stützen sich an der Sicherungsscheibe
ab.
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Das
in 4 schematisiert dargestellte Lenkungssystem und
die in den 5a und 5b gezeigten
aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind in der Einleitung
bereits gesondert beschrieben.