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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elastischen Gelenkkörper für eine Wellenanordnung zum gelenkigen Verbinden zweier Wellenabschnitte, umfassend eine Mehrzahl von Buchsen, die in Umfangsrichtung in vorbestimmten Winkelabständen bezüglich einer Mittelachse des Gelenkkörpers angeordnet sind, eine Mehrzahl von Schlingenpaketen, wobei jedes Schlingenpaket jeweils zwei benachbarte Buchsen umschlingt und jede Buchse von wenigstens zwei Schlingenpaketen umschlungen ist, eine gummielastische Ummantelung, in die die Schlingenpakete und die Buchsen zumindest teilweise eingebettet sind, wobei die Buchsen mit mehreren Buchsenbauteilen versehen sind, wobei ein erstes Buchsenbauteil einen axialen Schaftabschnitt aufweist, auf dem eines der Schlingenpakete zur Anlage kommt, und wobei ein zweites Buchsenbauteil einen radialen Bundabschnitt aufweist, an dem das betreffende Schlingenpaket zur Anlage kommt.
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Derartige elastische Gelenkkörper sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise in dem Dokument
DE 10 2008 047 596 A1 ein elastischer Gelenkkörper beschrieben, bei dem in vorteilhafter Weise Bundbuchsenanordnungen vorgesehen sind, die ein separates Wickeln von Schlingenpaketen und späteres Aufschieben der Schlingenpakete auf die Buchsenanordnungen im Rahmen der Montage ermöglichen. Derartige Buchsenanordnungen können jedoch dazu führen, dass beim Zusammensetzen einzelne Schlingen eines Schlingenpakets zwischen zwei Buchsenbauteilen eingeklemmt werden. In Einzelfällen kommt es im Laufe der Lebensdauer derartiger Gelenkkörper zu dem Problem, dass diese eingeklemmten Fadenschlingen schneller verschleißen, was zu einer reduzierten Lebensdauer des elastischen Gelenkkörpers führen kann.
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Ähnliche Probleme können sich bei dem Gelenkkörper ergeben, der im Stand der Technik gemäß
DE 37 34 089 A1 beschrieben ist.
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Das Dokument
DE 10 2005 003 459 B3 beschreibt eine Buchsenanordnung mit aufrastbaren Buchsenbauteilen. Wegen der vorgesehenen Schnappverbindungen können bei diesem Stand der Technik die Buchsenbauteile allerdings nur aus relativ flexiblen und daher verschleißanfälligen Werkstoffen hergestellt werden. Auch dies kann sich nachteilig auf die Lebensdauer von Gelenkscheiben auswirken.
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DE 197 42 361 A1 offenbart einen Gelenkkörper mit vier länglichen Schlingenpaketen, die die Buchsen einer Buchsenanordnung umgeben. Jede Buchse ist aus zwei identischen Kragenbuchsen zusammengesetzt, d.h. jede der Kragenbuchsen besteht aus einem Buchsenbauteil und einem damit einstückig hergestellten Kragen. Die beiden Buchsenbauteile sind kronenartig gestaltet und haben nahe ihrem Ende Rastvertiefungen, während am zugehörigen Kragen Rastvorsprünge ausgebildet sind. Die beiden Buchsenbauteile lassen sich lückenlos ineinanderschieben, bis die Rastvorsprünge in die Rastvertiefungen eingerastet sind.
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Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elastischen Gelenkkörper der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, der den vorstehend erläuterten Problemen begegnet und das Einklemmen von einzelnen Fadenschlingen auch bei Verwendung steifer Bundbuchsenbauteile unterbindet.
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Diese Aufgabe wird durch einen elastischen Gelenkkörper der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass das erste Buchsenbauteil an dem zweiten Buchsenbauteil in einem Kontaktbereich fixierungsfrei zur Anlage kommt, wobei der Kontaktbereich relativ zum Schlingenpaket in axialer Richtung versetzt ist.
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Anders als beim Stand der Technik gemäß
DE 10 2005 003 459 B3 ist es mit einer derartigen Anordnung möglich, das Einklemmen einzelner Fadenschlingen aus einem Schlingenpaket auch ohne Bereitstellung aufwändiger Schnappverbindungen und entsprechend geeigneter Materialpaarungen zu erreichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher Buchsenbauteile aus verschleißbeständigen Werkstoffen, wie beispielsweise aus Metall verwendet werden. Insbesondere sieht die Erfindung vor, den eigentlichen Kontaktbereich zwischen zwei Buchsenbauteilen derart anzuordnen, dass dieser nicht im Bereich der Schlingenpakete liegt, sondern zu diesen versetzt ist. Dadurch wird grundsätzlich verhindert, dass einzelne Fäden eines Schlingenpakets bei der Montage in diesen Kontaktbereich eintreten oder in einem Belastungszustand in diesem Kontaktbereich hineingezogen werden und in der Folge durch Einklemmen oder andere im Betrieb auftretende dynamische Reibungseffekte angegriffen werden. Stattdessen sieht die Erfindung den Vorteil zusammengesetzter Bundbuchsenanordnungen aus verschiedenen Buchsenbauteilen im Zusammenhang mit der Vermeidung von Verschleißvorgängen an einer Stoßstelle zweier benachbarter Buchsenbauteile vor.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kontaktbereich um eine Strecke relativ zum Schlingenpaket in axialer Richtung versetzt ist, die größer ist, als der Durchmesser eines einzelnen Fadens eines Schlingenpakets. Vorzugsweise ist der Kontaktbereich um eine größere Strecke versetzt, als der Durchmesser eines einzelnen Fadens eines Schlingenpakets, insbesondere um eine Strecke, die dem Vielfachen des Durchmessers eines Fadens eines Schlingenpakets entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das zweite Buchsenbauteil einen im Wesentlichen L- förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Kontaktbereich durch Versetzen der Knickstelle des L-förmigen Querschnitts vorgesehen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Betrag des Versatzes etwa der Hälfte der Materialstärke des zweiten Buchsenbauteils entspricht. Die Herstellung derartiger Buchsenbauteile bei einer derartigen Dimensionierung ist mit relativ geringem Aufwand möglich.
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Um eine definierte Anordnung der beiden Buchsenbauteile gewährleisten zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das zweite Buchsenbauteil im Kontaktbereich eine planare Stirnfläche aufweist, an der eine komplementäre Stirnfläche des axialen Schaftabschnitts des ersten Buchsenbauteils flächig zur Anlage kommt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Zusammensetzen der beiden Buchsenbauteile, d.h. das In-Anlage-Bringen der beiden Stirnflächen am Bundabschnitt eines Buchsenbauteils sowie am axialen Schaftabschnitt des anderen Buchsenbauteils, ohne nennenswerte Fügekräfte möglich ist, d.h. dass das zweite Buchsenbauteil den axialen Schaftabschnitt des ersten Buchsenbauteils im Kontaktbereich im Wesentlichen reibungsfrei aufnimmt.
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Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass der Bundabschnitt des zweiten Buchsenbauteils mit einem Axialabschnitt des zweiten Buchsenbauteils einen Winkel von 90° bis 80°, vorzugsweise von 85° einschließt. Dadurch wird eine Art Trichterwirkung durch den Bundabschnitt erreicht, der im Belastungsfall die Fadenpakete auf den axialen Schaftabschnitt des ersten Buchsenbauteils leitet.
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Zur Vermeidung von Kerbeffekten in der gummielastischen Ummantelung, sowie zur Vermeidung von scharfkantigen Übergängen, die beispielsweise die Lebensdauer der Schlingenpakete beeinträchtigen können, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass das zweite Buchsenbauteil gerundete Übergänge aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
- 1 eine Draufsicht eines teilweise aufgebrochenen erfindungsgemäßen elastischen Gelenkkörpers;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung dreier Schlingenpakete um zwei Buchsen ohne Darstellung der gummielastischen Ummantelung;
- 3 eine achsenthaltende Schnittansicht einer Buchse mit entsprechenden Buchsenbauteilen, sowie eines diese umgebenden Schlingenpakets;
- 4 eine alternative Ausführungsform eines zweiten Buchsenbauteils in achsenthaltender Schnittansicht; und
- 5 eine vergrößerte Detailansicht des Querschnittprofils gemäß dem Bildausschnitt V aus 4.
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1 zeigt eine teilweise aufgebrochene Draufsicht eines erfindungsgemäßen elastischen Gelenkkörpers 10 mit sechs von einer gummielastischen Ummantelung 12 umgebenen Buchsen 14. Die Buchsen 14 sind in Umfangsrichtung bezüglich einer Mittelachse M in vorbestimmten Winkelabständen des Gelenkkörpers 10 angeordnet. In dem in der Zeichnung aufgeschnitten dargestellten Bereich des Gelenkkörpers 10 gemäß 1 erkennt man die Buchsenbauteile 16 an den Buchsen 14, die zur axialen Abstützung der Schlingenpakete 18, 20 und 22 angeordnet sind.
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Aus 1 erkennt man zudem, das eine einzelne Buchse 14 jeweils von mehreren Schlingenpaketen 18, 20 bzw. 20, 22 umschlungen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schlingenpakete 18, 22 im in eine Wellenanordnung eingebauten Zustand des Gelenkkörpers 10 durch eine Zugkraft beansprucht werden, während das Schlingenpaket 20 und ein in 1 nicht gezeigtes in der Gummiummantelung 12 eingebettetes paralleles weiteres Schlingenpaket auf Druck bzw. Schub belastet werden.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer an den Buchsen 14 angeordneten Stützeinrichtung 26 mit den äußeren Buchsenbauteilen 16 und mit in dieser Figur nur abschnittsweise sichtbaren inneren Buchsenbauteilen 28. Aus 2 erkennt man wiederum, dass die Buchsen 14 von mehreren Schlingenpaketen 18, 20, 24 bzw. 20, 22, 24 umschlungen werden. Zwischen den inneren Buchsenbauteilen 28 ist ein auf Zug belastetes Schlingenpaket 18 mit vergrößertem Querschnitt aufgenommen. Zwischen den inneren Buchsenbauteilen 28 und den axial äußeren Buchsenbauteilen 16 sind auf der Buchse 14 zwei parallele, auf Schub bzw. Druck belastbare Schlingenpakete 20, 24 angeordnet.
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Durch die inneren Buchsenbauteile 28 und die äußeren Buchsenbauteile 16 werden die einzelnen Schlingenpakete 18, 20, 22, 24 in axialer Richtung in dem im Betrieb des Gelenkkörpers 10 stark belasteten Umfangsbereich der Buchsen 14 axial abgestützt. Dadurch kann der Traganteil der einzelnen Schlingenpakete 18, 20, 22, 24 in diesem Bereich deutlich erhöht werden. Die inneren Buchsenbauteile 28 trennen zudem die im Einsatzfall mit unterschiedlichen Kräften belasteten Schlingenpakete - die mit einer Zugkraft belasteten Schlingenpakete 18, 22 und Schubkraft belasteten Schlingenpakete 20, 24 - voneinander. Durch die Trennung der unterschiedlich belasteten Schlingenpakete 18, 20, 22, 24 werden sich negativ auf die Lebensdauer auswirkende Reibungswirkungen zwischen den Schlingenpaketen 18, 20, 22, 24 vermieden, d.h. ein Reiben der Schlingenpakete 18, 20, 22, 24 aus gleichen Materialien aneinander wird unterbunden.
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Aus 2 lässt sich der modulare Aufbau der Stützeinrichtung 26 erkennen, der den Herstellungsprozess des elastischen Gelenkkörpers 10 deutlich vereinfacht und beschleunigt. Die Schlingenpakete 18, 20, 22 und 24 werden separat vor der Montage gewickelt. Dadurch können herkömmliche Wickelmaschinen genutzt werden, da diese die Buchsen 14 zur Wicklung der Schlingenpakete nicht mit aufnehmen müssen. Bei der Montage werden die vorgefertigten Schlingenpakete auf die Buchsen 14 aufgeschoben und durch die Bundabschnitte der Buchsenbauteile 16, 28 axial positioniert. Die auf Zug belasteten Schlingenpakete 18, 22 werden zuerst auf die Buchsen 14 aufgeschoben und anschließend durch die inneren Buchsenbauteile 28 nach Maßgabe eines vorbestimmten Soll-Querschnitts des auf Zug belasteten Schlingenpakets 18, 22 auf der Buchse 14 axial befestigt. Im Anschluss daran werden die vorgefertigten, axial äußeren auf Schub belasteten Schlingenpakete 20, 24 auf die Buchsen 14 aufgeschoben und durch die axial äußeren Buchsenbauteile 16 ebenfalls nach Maßgabe eines vorbestimmten Soll-Querschnitts axial positioniert.
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3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht durch eine Buchse 14 mit zwei zusammenwirkenden Buchsenbauteilen 16, 28. Das innere Buchsenbauteil 28 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf und unterteilt sich in einen Bundabschnitt 30 und einen Axialabschnitt 32. Das äußere Buchsenbauteil 16 weist ebenfalls einen Bundabschnitt 34 und einen Axialabschnitt 36 auf, die durch einen stufenartigen gerundeten Übergangsbereich 38 miteinander verbunden sind. In diesem Übergangsbereich 38 ist der Kontaktbereich 14 zwischen erstem Buchsenbauteil 28 und zweitem Buchsenbauteil 16 vorgesehen. Dieser Kontaktbereich 40, insbesondere die aneinanderliegenden Kontaktstirnflächen von innerem Buchsenbauteil 28 und äußerem Buchsenbauteil 16 sind im Wesentlichen um den Betrag s zu der Anlagefläche 42 des Schlingenpakets 20 in axialer Richtung weg vom Schlingenpaket 20 versetzt. Dadurch ist gewährleistet, dass keine Fadenschlinge beziehungsweise einzelne Fadenschlingen in den Kontaktbereich 40 gelangt beziehungsweise gelangen.
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Ferner erkennt man, dass der Übergangsbereich 38 derart ausgebildet ist, dass der Axialabschnitt 32 mit gewissem Spiel, jedenfalls aber im Wesentlichen reibungsfrei und damit widerstandsfrei, insbesondere frei von größeren Fügekräften, in die zurückgesetzte Ausnehmung am Kontaktbereich 40 am zweiten Buchsenbauteil 16 eingefügt werden kann. Man erkennt dies in 3 an dem Spielraum 44, der zeigt, dass sich die beiden Buchsenbauteile 16 und 28 widerstandsfrei derart ineinander einsetzen lassen, dass im Kontaktbereich 40 die beiden Stirnflächen satt aneinander liegen. Eine Verrastung mit in der Herstellung aufwändigen Rastprofilen ist nicht vorgesehen.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung insbesondere des äußeren Buchsenbauteils 16 ist es möglich, diesen Kontaktbereich 40 derart anzuordnen, dass ein Einklemmen einzelner Fäden beziehungsweise Schlingen zwischen innerem und äußerem Buchsenbauteil 16, 28 verhindert wird. Dennoch wird durch die definierte Anlage des ersten Buchsenbauteils 28 mit seiner Stirnfläche im Kontaktbereich 40 an der entsprechenden komplementären Stirnfläche des äußeren Buchsenbauteils 16 eine definierte Weite a zwischen den beiden Bundabschnitten 30 und 34 festgelegt, so dass es zu keinen unerwünschten Setzvorgängen unter Last im Schlingenpaket 20 kommen kann.
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4 und 5 zeigen eine alternative Ausführungsform eines äußeren Buchsenbauteils 50. Wieder erkennt man einen axialen Abschnitt 52 und einen Bundabschnitt 54, die durch einen Übergangsbereich 56 miteinander verbunden sind. Der Übergangsbereich 56 ist ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß 3 gerundet ausgebildet. Er sieht aber eine definierte Stirnfläche 58 vor, an der eine korrespondierende Stirnfläche eines nicht gezeigten zweiten Buchsenbauteils, in gleicher Weise wie in 3 gezeigt, zur Anlage kommen kann. Der Versatz s beträgt in diesem Fall etwas weniger als die Hälfte der Materialstärke des Buchsenbauteils.
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In 5 erkennt man in besonderer Weise die gerundeten Übergänge, insbesondere im Übergangsbereich 56. Ferner erkennt man bei der Ausführungsform gemäß 5, dass der Bundabschnitt 54 bei dem Buchsenbauteil 50 relativ zum Axialabschnitt 52 um den Winkel α geneigt ist. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel α = 5°, so dass der Axialabschnitt 52 mit dem Bundabschnitt 54 einen Winkel von 85° einschließt.
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Es versteht sich, dass der Innendurchmesser des Schaftabschnitts 52 auf den Außendurchmesser der Buchse 54 abgestimmt ist, so dass hier je nach Bedarf eine Übermaßpassung oder eine Spielpassung vorliegt.
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Durch die Erfindung kann der Vorteil erreicht werden, dass die Stoßstelle zwischen den beiden Buchsenbauteilen von den einzelnen Fäden eines Schlingenpakets entfernt angeordnet ist und so selbst unter starker Belastung und bei Setzvorgängen im Schlingenpaket ausgeschlossen werden kann, dass einzelne Fäden des Schlingenpakets in die Schnittstelle (Kontaktbereich 40) zwischen zwei Buchsenbauteilen gelangt und dort durch Klemm- oder Reibungseffekte verschleißt oder gar zerstört wird.
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Die Herstellung der einzelnen Buchsenbauteile erfolgt in üblicher Weise durch an sich bekannte Umformverfahren ohne zeit- oder kostenintensiven Aufwand.