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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elastischen Gelenkkörper
für eine Wellenanordnung zum gelenkigen Verbinden zweier
Wellenabschnitte mit einer Mehrzahl von Buchsen, die in Umfangsrichtung in
vorbestimmten Winkelabständen bezüglich einer Mittelachse
des Gelenkkörpers angeordnet sind, einer Mehrzahl von Schlingenpaketen,
wobei jedes Schlingenpaket jeweils zwei benachbarte Buchsen umschlingt
und jede Buchse von wenigstens zwei Schlingenpaketen umschlungen
wird, einer zur axialen Führung der Mehrzahl der Schlingenpakete
auf wenigstens einer Buchse angeordneten Stützeinrichtung,
und einer gummielastischen Ummantelung, in die die Schlingenpakete,
die Stützeinrichtungen und die Buchsen zumindest teilweise
eingebettet sind.
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Derartige
Gelenkkörper sind aus dem Stand der Technik bekannt und
beispielsweise in
DE
37 34 089 A1 offenbart. In der Beschreibungseinleitung
beschreibt dieses Dokument einen elastischen Gelenkkörper,
bei dem zur axialen Abstützung der Schlingenpakete in axialer
Richtung Kragen aufgepresst sind. Die Kragen weisen ein L-förmiges
Profil auf und werden durch Aufpressen axial unverschiebbar und drehfest
mit der Buchse verbunden. Zur axialen Führung bzw. Abstützung
der einzelnen Schlingenpakete, die die Buchsen umschlingen, sind
um die Buchsen herum Stützelemente vorgesehen. Die Stützelemente
werden unbeweglich und drehfest mit der ihnen zugeordneten Buchse
verbunden und verlaufen senkrecht zur Mittelachse der Buchse.
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Bei
der Herstellung dieses Gelenkkörpers werden zuerst die
Stützelemente auf die Buchsen aufgepresst und anschließend
die Schlingenpakete auf die Buchsen gewickelt. Der Herstellungsprozess für
den voranstehenden aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkkörper
ist daher relativ aufwendig. Zuerst müssen die Stützelemente
auf die Buchsen aufgepresst werden, um danach die Schlingenpakete in
die Bereiche zwischen zwei Stützelemente einbringen oder
wickeln zu können.
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Derzeit
gehen bei der Entwicklung derartiger Gelenkkörper die Bemühungen
auch dahin, diese in Hinblick auf die durch die stetig steigenden
Motorleistungen zunehmenden, mechanischen Belastungen auszulegen
und deren Lebensdauer weiter zu erhöhen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elastischen Gelenkkörper
der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, der bei gleicher
Dimensionierung den gestiegenen Anforderungen an die Drehmomentübertragung
gerecht wird und gleichzeitig eine Erhöhung der Lebensdauer
möglich macht, sowie den Herstellungsprozess vereinfacht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen elastischen Gelenkkörper der eingangs
bezeichneten Art gelöst, bei dem die Stützeinrichtung
zwei auf einer der Buchsen anbringbare, axial äußere
Bundelemente aufweist, an die sich zumindest zwei der zu führenden Schlingenpakete
anlegen, wobei zwischen diesen Schlingenpaketen zumindest eine axial
innere im wesentlichen ebene Zwischenscheibe auf einer der Buchsen
vorgesehen ist, die in einem Winkel schräg zur Mittelachse
der Buchse angeordnet ist.
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Durch
die Verwendung einer Stützeinrichtung bei dem erfindungsgemäßen
elastischen Gelenkkörper mit wenigstens einer axial innen
liegenden Zwischenscheibe, die – bezüglich ihrer
Erstreckungsebene – in einem Winkel schräg zur
Mittelachse der Buchse angeordnet sind, findet im Auslaufbereich
der Schlingenpakete aus der Buchse eine verstärkte Komprimierung
der Schlingenpakete statt, wodurch die Schlingenpakete höhere
Belastungen aufnehmen können und damit einhergehend die
Lebensdauer des Gelenkkörpers erhöht werden kann. Unter
Auslaufbereich ist in diesem Zusammenhang der Bereich zu verstehen,
in dem die Schlingenpakete von der einen Buchse in Richtung der
nächsten von ihnen umschlungenen Buchse laufen. Durch die verbesserte
Belastbarkeit der Fadenpakete können bei gleichbleibender
Dimensionierung insgesamt größere Drehmomente übertragen
werden. Gleichsam kann bei gleichbleibender Drehmomentaufnahme der
elastische Gelenkkörper kleiner dimensioniert gebaut werden.
Mit dem erfindungsgemäßen elastischen Gelenkkörper
kann somit Bauraum in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
eingespart werden. Zudem werden durch die auf den Buchsen des erfindungsgemäßen
Gelenkkörpers schräg angeordneten Zwischenscheiben
die mit unterschiedlichen Kräften beanspruchten Schlingenpakete
von Zugstrecke und Druckstrecke wirksam voneinander getrennt, so
dass Reibungswirkungen zwischen den Schlingenpaketen aus gleichen
Materialien vermieden werden können.
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Der
Herstellungsprozess kann durch den erfindungsgemäßen
elastischen Gelenkkörper verglichen mit dem Herstellungsprozess
des aus dem Stand der Technik bekannten Gelenkkörpers deutlich vereinfacht
und beschleunigt werden, da der Schritt des Aufpressens der inneren
Stützelemente auf die Buchsen bei dem erfindungsgemäßen
Gelenkkörper entfällt. Vielmehr werden die Zwischenscheiben
mit Spiel auf die jewei lige Buchse aufgesetzt und richten sich während
des Fertigungsverfahrens in optimaler Schrägstellung selbst
aus. Eine gezielte Positionierung in einer Sollposition während
des Umspritzens mit Elastomer ist nicht erforderlich. Auch müssen
keine Vorkehrungen, wie etwa Kragen, an den Zwischenscheiben zur
Positionierung vorgesehen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die zumindest eine Zwischenscheibe mit einem derartigen Spiel
auf der Buchse angeordnet ist, dass sie auf der Buchse einen Winkel
einnimmt, mit dem sie zur Achse einer der Buchsen geneigt ist. In
diesem Zusammenhang kann bei einer Ausführungsvariante
der Erfindung vorgesehen sein, dass das radiale Spiel zwischen einer
zentralen Öffnung der Zwischenscheibe und der Außenumfangsfläche
der zugeordneten Buchse im Bereich von 0,01 mm bis 1,5 mm, insbesondere
von 0,05 mm bis 0,1 mm liegt. Durch das Spiel zwischen der Zwischenscheibe
und der Buchse werden die Zwischenscheiben sozusagen „schwimmend” auf
der Buchse angeordnet. Dadurch können sich die Zwischenscheiben
in gewissen Maße an verschiedene Faktoren, wie z. B. Materialhärte
der Schlingenpakete und die Anzahl der Fadenwicklungen der einzelnen
Schlingenpakete während der Fertigung, anpassen bzw. frei
einstellen.
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Das
Spiel zwischen der Buchse und der zumindest einen auf dieser Buchse
angeordneten Zwischenscheibe ist beispielsweise gemäß der
Erfindung derart ausgelegt, dass sich die Zwischenscheiben vor der
Vulkanisation ideal schräg zur Mittelachse der zugeordneten
Buchse anstellen. Die Schrägstellung der Zwischenscheiben
zwischen den einzelnen Schlingenpakten wird während der
Vulkanisation mit Elastomer fixiert, und bleibt damit für
die gesamte Lebensdauer des erfindungsgemäßen
Gelenkkörpers dauerhaft erhalten, wobei Verlagerungen des Elastomers
etwa bei kardanischer Beanspruchung des Gelenkkörpers mit
vollzogen werden. Wie bereits erwähnt, ergibt sich durch
die Schrägstellung der Zwischenscheiben abschnittsweise
eine verstärkte Komprimierung der Schlingenpakete. Aufgrund
dieser kontinuierlichen Komprimierung der Schlingenpakete im Auslaufbereich
der Schlingenpakete von den Buchsen, in dem die Schlingenpakete
in Richtung der nächsten zu umschlingenden Buchse auslaufen,
ergibt sich ein selbst optimierender Stützeffekt. Dies bedeutet,
das gerade dieser bei kardanischen Beanspruchungen stark belastete
Bereich der Schlingenpakete durch die erhöhte Komprimierung
der Schlingenpakete verstärkt wird. Durch diesen Stützeffekt kann
die spezifische Belastung der einzelnen Fadenwicklungen der Schlingenpakete
harmonisiert werden.
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Alternativ
zu der voranstehend beschriebenen Ausführungsform mit einem
Spiel zwischen der Zwischenscheibe und der zugeordneten Buchse kann
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
sein, dass die zumindest eine Zwischenscheibe einstückig
mit der zugeordneten Buchse ausgebildet ist, wobei die Zwischenscheibe
einen Winkel schräg zur Mittelachse der Buchse aufweist. Auch
dadurch lassen sich die gewünschten Stützeffekte
im Auslaufbereich der Schlingenpakete erreichen.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung wird jede Buchse von drei
Schlingenpaketen umschlungen, wobei einem mittleren Schlingenpaket zwei
axial innenliegende Zwischenscheiben zugeordnet sind, die in einem
Winkel schräg zur Mittelachse der Buchse angeordnet sind,
und wobei zwischen den axial inneren Zwischenscheiben und den axial äußeren
Bundelementen zwei Schlingenpakete vorgesehen sind. Die beiden Zwischenscheiben
stehen auch in einem spitzen Winkel zueinander, das heißt sie
verlaufen nicht parallel zueinander. Bevorzugt ist vorgesehen, dass
im Betrieb des elastischen Gelenkkörpers das Schlingenpaket
zwischen den beiden axial innenliegenden Zwischenscheiben auf Zug
belastet wird, wohingegen die beiden axial äußeren Schlingenpakete
zwischen den axial innenliegenden Zwischenscheiben und den axial äußeren
Bundelementen auf Druck belastet werden.
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Diese
Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die axial
innenliegenden Zwischenscheiben in einem derartigen Winkel zur Achse
der zugeordneten Buchse verlaufen, dass sie sich im Auslaufbereich
der äußeren Schlingenpakete aneinander und an
das zu ihnen nächstliegende der axial äußeren Bundelemente
annähern. Dabei kann vorgesehen sein, dass die axial innenliegenden
Zwischenscheiben im Umfangsbereich der ihnen zugeordneten Buchse
dem Querschnitt der axial äußeren Schlingenpakete
und des mittleren Schlingenpakets in Richtung der nächsten
von dem jeweiligen Schlingenpaket umschlungenen Buchse kontinuierlich
verkleinern. Mit anderen Worten werden die axial äußeren
auf Druck belasteten Schlingenpakete durch die axial äußeren
Bundelemente und die axial inneren Zwischenscheiben zu ihrem jeweiligen
Auslaufbereich hin kontinuierlich komprimiert, wohingegen das mittlere
auf Zug belastete Schlingenpaket durch die beiden axial inneren
Zwischenscheiben im Auslaufbereich kontinuierlich komprimiert wird.
Dadurch liegt die größte Komprimierung der Schlingenpakete
jeweils am äußeren Randabschnitt der Zwischenscheiben
vor.
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Um
eine unerwünschte Deformation der Zwischenscheiben während
des Herstellungsprozesses oder im Betrieb des elastischen Gelenkkörpers
möglichst zu vermei den, sieht eine Weiterbildung der Erfindung
vor, dass die Zwischenscheiben biegesteif ausgebildet sind. Dies
kann durch geeignete Materialwahl und Dimensionierung erreicht werden.
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Erfindungsgemäß kann
vorgesehen sein, dass die axial äußeren Bundelemente
fest mit einer der Buchsen, insbesondere durch Aufpressen, verbunden
sind. Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein , dass
die axial äußeren Bundelemente eine Kragenform,
eine U-Form, eine L-Form oder eine Scheibenform aufweisen können.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Wellenanordnung mit einem voranstehend
beschriebenen elastischen Gelenkkörper.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert. Es stellen dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Buchse mit einer erfindungsgemäßen
Stützeinrichtung;
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2 eine
Vorderansicht einer Buchse mit einer erfindungsgemäßen
Stützeinrichtung;
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3a, 3b perspektivische
Ansichten einer Buchse mit der erfindungsgemäßen
Stützeinrichtung und den durch diese abgestützten
Schlingenpaketen;
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4 eine
Draufsicht einer Buchse mit der Stützeinrichtung; und
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5 eine
Schnittansicht der Stützeinrichtung entlang der Schnittlinie
IV-IV aus 4 und
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6 eine
teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf einen Gelenkkörper
gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Stützeinrichtung 10.
Die Stützeinrichtung 10 ist auf einer Buchse 12 angeordnet
und umfasst zwei axial äußere Bundelemente 14, 16 und
zwei axial innenliegende Zwischenscheiben 18, 20.
Die äußeren Bundelemente 14, 16 sind
auf die Buchse 12 fest durch Presssitz aufgebracht. Man
er kennt in 1 weiter, dass die Zwischenscheiben 18, 20 schräg
zur Mittelachse M der ihnen zugeordneten Buchse 12 verlaufen.
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2 zeigt
eine Vorderansicht der Stützeinrichtung 10, aus
der man wiederum die äußeren Bundelemente 14, 16 und
die schräg gestellten axial inneren Zwischenscheiben 18, 20 erkennt.
Die axial innenliegenden Zwischenscheiben 18, 20 sind
mit einer derartigen Schrägstellung zur Mittelachse M der Buchse 12 angeordnet,
dass sie sich zum Einen bereichsweise aneinander annähern
und zum Anderen an ihrem entgegengesetzten Abschnitt an das zu ihnen
nächstliegende der axial äußeren Bundelemente 14, 16 annähern.
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Hierzu
ist zu erwähnen, dass die Zwischenscheiben 18, 20 mit
einer zentralen Öffnung ausgebildet sind, durch die die
Buchse 12 verläuft. Die zentrale Öffnung
ist größer dimensioniert als der Außendurchmesser
der Buchse 12. Gegebenenfalls kann die zentrale Öffnung
auch elliptisch ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich, dass zwischen
den Zwischenscheiben 18, 20 und der zugeordneten
Buchse 12 ein Spiel vorgesehen ist, so dass sich die Zwischenscheiben 18, 20 während
des Herstellungsprozesses eines Gelenkkörpers schräg
zur Mittelachse M der Buchse 12 stellen.
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Als
Alternative zu dem Spiel zwischen der Buchse 12 und den
Zwischenscheiben 18, 20, können die schräg
gestellten Zwischenscheiben 18, 20 aber auch einstückig
mit der Buchse 12 ausgebildet werden.
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Die 3a und 3b zeigen
perspektivische Ansichten der Stützeinrichtung 10 mit
den durch die Stützeinrichtung 10 geführten
bzw. abgestützten Schlingenpaketen 22, 24 und 26.
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So
zeigen die 3a und 3b, dass
die auf Schub belasteten äußeren Schlingenpakete 22 und 26 zwischen
den axial äußeren Bundelementen 14, 16 und
den Zwischenscheiben 18, 20 geführt werden,
d. h. das Schlingenpaket 22 zwischen dem äußeren
Bundelement 14 und der Zwischenscheibe 18 und
das Schlingenpaket 26 zwischen dem Bundelement 16 und
der Zwischenscheibe 20. Im Gegensatz dazu wird das mittlere
auf Zug belastete Schlingenpaket 24 durch die beiden schräg
zur Mittelachse M der Buchse 12 verlaufenden Zwischenscheiben 18, 20 geführt.
Die Zwischenscheiben 18, 20 verhindern, das die
Schlingenpakete aneinander reiben.
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Ferner
erkennt man aus 3a und 3b, wie
die axial inneren Zwischenscheiben 18, 20 die Schlingenpakete 22, 24, 26 abschnittsweise
komprimieren, d. h. den Querschnitt der Schlingenpakete 22, 24, 26 im
Auslaufbereich A von der Buchse 12 in Richtung der nächsten
nicht gezeigten von den Schlingenpaketen 22, 24, 26 umschlungenen
Buchse kontinuierlich verkleinern. Wie bereits erwähnt,
ist unter dem Auslaufbereich A in diesem Zusammenhang der Bereich
zu verstehen, in dem die Schlingenpakete sich von der einen Buchse
in Richtung zur nächsten von ihnen umschlungenen Buchse
weg erstrecken.
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Die
größte Komprimierung der Schlingenpakete 22, 24, 26 liegt
somit jeweils am Außenradius der Zwischenscheiben 18, 20 vor.
Mit anderen Worten verkleinern die Zwischenscheiben 18, 20 den Querschnitt
der äußeren auf Druck belasteten Schlingenpakete 22, 26 unter
Zusammenwirkung mit den äußeren Bundelementen 14, 16 zum
Auslaufbereich hin, wohingegen der Querschnitt des auf Zug belasteten
Schlingenpakets 24 nur durch die Schrägstellung
der Zwischenscheiben 18, 20 vorgegeben wird.
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Wie
voranstehend bereits beschrieben, werden die Zwischenscheiben 18, 20 und
die Buchsen 12 mit einem derartigen Spiel zueinander ausgelegt, dass
sie sich bei der Herstellung des Gelenkkörpers, d. h. während
des Positionierens der Schlingenpakete 22, 24, 26,
vor der Vulkanisation schräg zur Mittelachse M der Buchsen 12 anstellen.
Mit anderen Worten werden bei der Herstellung zuerst das Schlingenpaket 24 und
anschließend die beiden Zwischenscheiben 18, 20 auf
die Buchse 12 aufgeschoben, woraufhin sich die Zwischenscheiben 18, 20 durch das
Spiel schräg anstellen. Aufgrund des Spiels zwischen den
Zwischenscheibe 18, 20 und der Buchse 12 sind
die Zwischenscheiben auf der Buchse beweglich, wodurch sich die
Zwischenscheiben 18, 20, in gewissen Maße
entsprechend verschiedenen Faktoren, wie z. B. Materialhärte
der Schlingenpakete und die Anzahl der Fadenwicklungen der einzelnen Schlingenpakete,
anpassen bzw. frei einstellen können. Im Anschluss werden
die Schlingenpakete 22, 26 auf die Buchse 12 aufgeschoben.
Bei der nun folgenden Vulkanisation wird die Schrägstellung
der Zwischenscheiben 18, 20 wird durch die Elastomermasse
dauerhaft fixiert, das heißt in der Elastomermasse „eingefroren”.
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Die
Schlingenpakete 22, 24, 26 erfahren somit
eine in den 3a und 3b erkennbare
kontinuierliche Komprimierung im Auslaufbereich A der Buchse 12,
d. h. in Richtung der nächsten von dem jeweiligen Schlingenpaket 22, 24, 26 umschlungenen Buchse.
Aufgrund dieser kontinuierlichen Komprimierung der Schlingenpakete 22, 24, 26 in
dem Bereich, in dem die Schlingenpakete 22, 24, 26 in
Richtung der nächsten zu umschlingenden Buchse 12 auslaufen,
ergibt sich ein selbst optimierender Stützeffekt. Dies
bedeutet, dass gerade dieser bei kardanischen Beanspruchungen stark
belastete Bereich der Schlingenpakete 22, 24, 26 durch
die erhöhte Komprimierung der Schlingenpakete verstärkt
wird. Dieser Stützeffekt ermöglicht eine Harmonisierung der
spezifischen Belastung der einzelnen Fadenwicklungen der Schlingenpakete 22, 24, 26.
Mit anderen Worten wird durch die Komprimierung der Schlingenpakete 22, 24, 26 der
Bereich, in dem die Schlingenpakete 22, 24, 26 die
größten Kräfte aufzunehmen haben, am
meisten verstärkt. Ferner können durch die abschnittsweise
Komprimierung der Schlingenpakete 22, 24, 26 mittels
der Zwischenscheiben 18, 20 Schlingenpakete 22, 24, 26 mit
einer größeren Anzahl von Fadenwicklungen verwendet
werden, wodurch die Lebensdauer und die Drehmomentaufnahme des Gelenkkörpers
erhöht werden kann.
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4 zeigt
eine Draufsicht der Stützeinrichtung 10 mit der
Buchse 12, dem äußeren Bundelement 14 sowie
dem auf Druck belasteten Schlingenpaket 22 und dem auf
Zug belasteten Schlingenpaket 24.
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5 ist
eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV aus 4.
Wiederum erkennt man die Buchse 12 mit den äußeren
Bundelementen 14, 16 sowie die Zwischenscheiben 18, 20.
Ferner erkennt man deutlich, dass das mittlere auf Zug belastete
Schlingenpaket 24 durch die Zwischenscheiben 18, 20 eine
kontinuierliche Verkleinerung des Querschnitts erfährt.
Die größte Komprimierung des Querschnitts des
Schlingenpakets 24 liegt im Auslaufbereich A des Schlingenpakets 24 am
Außenradius der Zwischenscheiben 18, 20 vor.
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Darüber
hinaus erkennt man in 5, dass die axial äußeren
auf Druck belasteten Schlingenpakete 22, 26 zwischen
den schräg gestellten Zwischenscheiben 18, 20 und
den äußeren Bundelementen 14, 16 komprimiert
werden. Wiederum liegt die größte Komprimierung
im Auslaufbereich A der Schlingenpakete 22, 26 am
Außenradius der Zwischenscheiben 18, 20 vor.
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Zudem
zeigt 5, dass die Zwischenscheiben 18, 20 die
mit unterschiedlichen Kräften beanspruchten Schlingenpakete 22, 24, 26 voneinander trennen
und Reibungswirkungen zwischen den Schlingenpaketen 22, 24, 26 aus
gleichen Materialien vermieden werden.
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6 zeigt
eine teilweise aufgebrochene Draufsicht eines erfindungsgemäßen
elastischen Gelenkkörpers 30 mit sechs von einer
gummielastischen Ummantelung 32 umgebenen Buchsen 12. Die
Buchsen 12 sind in Umfangsrichtung bezüglich einer
Mittelachse M in vorbestimmten Winkelabständen des Gelenkkörpers 30 angeordnet.
In dem in der Zeichnung aufgeschnitten dargestellten Bereich des Gelenkkörpers 30 gemäß 6 erkennt
man die Bundelemente 14 an den Buchsen 12, die
zur axialen Abstützung der Schlingenpakete 22 angeordnet
sind.
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Aus 6 erkennt
man zudem, das eine einzelne Buchse 12 jeweils von mehreren
Schlingenpaketen 22, 24 und 26 (siehe 3a, 3b)
umschlungen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Schlingenpaket 24 im
in eine Wellenanordnung eingebauten Zustand des Gelenkkörpers 30 durch
eine Zugkraft beansprucht wird, während die Schlingenpakete 22 und 26 jeweils
auf Druck bzw. Schub belastet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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