DE1625665A1

DE1625665A1 - Kraftuebertragungskupplung fuer Universalgelenke

Info

Publication number: DE1625665A1
Application number: DE19671625665
Authority: DE
Inventors: Airheart Franklin B
Original assignee: Airheart Products Inc
Current assignee: Airheart Products Inc
Priority date: 1966-10-21
Filing date: 1967-10-12
Publication date: 1970-02-05
Also published as: US3427827A; GB1171975A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung, die einem Universalgelenk zugeordnet ist, und sie betrifft insbesondere eine Stöße dämpfende Kupplung zur Verwendung in Verbindung mit einem in eine Kardanwelle eingeschalteten Universalgelenk.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Kardanwellen für Kraftfahrzeuge anwenden, da solche Kardanwellen Beanspruchungen und Stößen ausgesetzt sind, die zu unerwünschten Schwingungen führen, wodurch die Lebensdauer der Bauteile beeinträchtigt wird.

Die Beanspruchungen einer Kardanwelle sind teilweise darauf zurückzuführen, daß ein Kraftfahrzeug ständig beschleunigt und wieder abgebremst wird» Jiine noch konstantere, jedoch weniger auffällige Beanspruchung ist auf das einen -^eIl der Kardanwelle bildende 'Universalgelenk zurückzuführen. vVenn die Achsen der ./eilenabschnitte auf beiden Seiten des Universalgelenks nicht genau zuaauuenfallen, d.h. wenn die \/ellenabschnitte einen winkel ei nachließ en, variiert die augenblickliche ,/inkel-BAD OFKiJNAL 909 886/0885

geschwindigkeit der angetriebenen ./eile gegenüber der augenblicklichen winkelgeschwindigkeit der antreibenden ..eile. .Venn die antreibende /eile mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit umläuft, nimmt z.B. die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen v'/elle bei jeder Umdrehung viermal zu und wieder ab. 3omit werden die iVellenabschnitte und insbesondere die Universalgelenke während des betriebs auch dann ständig beansprucht, wenn sich das Kraftfahrzeug mit einer ziemlich konstanten geschwindigkeit bewegt.

Außerdem zeigt es sich, daß bei einem abgewinkelten Universalgelenk der Antriebsbügel bestrebt iat, den angetriebenen Bügel bei jeder Umdrehung in seitlicher Richtung zu verlagern. Diese wiederholt auftretenden seitlichen Kräfte führen zu einer ständigen Beanspruchung und Kalthärtung der Zähne der Keilverzahnung, die normalerweise bei solchen Kardanwellen vorgesehen ist. ü)s ist noch nicht genau bekannt, von welcher .art diese Kräfte sind, und auf v/elche -eise sie entstehen. Andererseits ist es jedoch bekannt, daß bei den Keilverzahnungsverbindungen

von Kardanwellen immer wieder Störungen bzw. schaden auftreten.

Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, eine otöße dämpfende Kupplung in axe Kardanwelle einzuschalten und sie vorzugsweise in unmittelbarer '/tähe eines der liügel eines Universalgelenks anzuordnen. Die erfindungsgemäße Kupplung umfaßt ein antreibendes und ein angetriebenes isauteil, die durch einen Körper aus einem Elastomerraaterial miteinander verbunden ^Ind; die bauteile sind in Beziehung zueinander so bemessen, daß uie Achsen der Bauteile Jinkelbewegungen gegenüber ihrer _oenauen

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Fluchtungslage ausführen können, und daß sich der Drehwinkel des einen .Bauteils im Vergleich zum Drehwinkel des anderen iiLuteils * verändern kann, dadurch, daß die durch das Bauteil aus einem Elastomermaterial hergestellte Verbindung solche .Vinkelbewegun_ gen zuläßt, werden die unerwünschten seitlichen Kräfte im wesentlichen vollständig von dem Elastomermaterial aufgenommen, statt auf die aus —etall bestehenden Bauteile übertragen zu werden.

Ein wichtiges --erkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kupplung, die im Vergleich zu ihrem Durchmesser eine ziemlich kleine axiale Länge aufweist. Diese Beziehung zwischen den Abmessungen der erfindungsgemäßen Kupplung steht im Gegensatz zu den bis jetzt bekannten, mit einem Elastomermateriäl arbeitenden Kupplungen, bei denen die Kupplung im Vergleich zu ihrem Durchmesser eine große axiale Länge besitzt. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung liefert der große Radius der Kupplung einen großen ireh^on:entarm für die übertragung von Kräften auf das Ela3tO2iermaterial. Infolgedessen verringert sich die Beanspruchung des KlaGtor.eraaterials im Vergleich zu langgestreckten Kupplungen bekannter Juuart.

Ferner ermöglicht es das Vorhandensein eines großen Verhältni ses zwischen dem iisdius und der Dicke der Kupplung, zwischen den antreibenden und dem angetriebenen aauteil einen ausreichenden Abstand vorzusehen, so daß diese bauteile relativ zueinander ,iinkelbev/egungen ausführen und so die erwähnten seitlichen Kräfte aufnehmen können.

-ie erfind ungsgeniäße Kupplung nimmt somit die bei Beschleunigungen und Verzögerungen auftretenden Stöße mit Hilfe des

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Elastomermaterials auf, sie verringert die Beanspruchungen infolge variierender Augenblickswerte der Drehgeschwindigkeiten des antreibenden und des angetriebenen Bauteils, und sie läßt i/inkelbewegungen der Kardanwellenabschnitte in jeder beliebigen .Richtung zu.

Die erfindungsgemäße Kupplung bietet somit die folgenden Vorteile:

1. Verringerung der Stoßbeanspruchungen der Kraftübertragung.

2. Zwangsläufige Ausrichtung des Universalgelenks auf seinen Armstern.

3. Die Wellenabschnitte auf beiden leiten des Universalgelenks können sich gleich großen Werten der augenblicklichen Drehgeschwindigkeit nähern.

4. Es wird die uefahr vermieden, daß sich an den Keilbahnen der Kardanwelle Druckstellen bilden, oder daß eine Kalthärtung erfolgt; hierdurch verlängert sich die Lebensdauer der Bauteile.

5. Dämpfung von Geräuschen und Schwingungen in der Kraftübertragung 6

6* Die !eile der Kupplung können mit der Hand in zwangsläufigen Eingriff gebracht werden, um ein Durchrutschen zu verhindern, wenn das Slastomermaterial zerstört worden iet»

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematisolaer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert«

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Mg. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßeη Kupplung ausgerüsteten üniversalgelenks.

Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 in größerem kaßstabe teilweise im Längsschnitt und teilweise in einer Seitenansicht.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 5-3 in Fig. 2.

Fig. 4 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung die Drehgeschwindigkeit der wellenabschnitte und läßt die Vorteile der ilrfindung erkennen.

Gemäß den Zeichnungen umfaßt das dargestellte Aggregat ein Universalgelenk 10 und eine Kupplung 11, die gemeinsam eine Antriebswelle 12 mit einer angetriebenen Welle 13 verbinden. Das Universalgelenk 10 umfaßt einen Antriebsbügel 14 und einen angetriebenen Bügel 15» die durch einen Armstern bzw. ein G-elenkkreuz 16 miteinander verbunden sind. Der Armstern 16 ist bei 17 in dem Antriebsbügel 14 mit Hilfe seines Arms 18 drehbar gelagert, während er in dem angetriebenen Bügel bei 19 mit Hilfe seines Arms 21 drehbar gelagert ist. Das beschriebene Universalgelenk ist von bekannter Konstruktion.

Die erfindungsgemäße Kupplung umfaßt ein erstes Kupplungselement 24 mit einem becherförmigen Abschnitt 25» das mit dem angetriebenen Bügel 15 aus einem Stück besteht. Bs sei bemerkt, daß die Kupplung 11 im Kahmen der Erfindung statt mit dem angetriebenen Bügel auch mit dem Antriebsbügel verbunden sein könnte. Das Becherteil umfaßt einen flansch 26, der sich von dem uiXgel 15 weg in axialer dichtung erstreckt und eine Becheröffnung

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27 abgrenzt. Vier Arme 28 erstrecken sich von dem Plansch 26 aus radial nach innen und bestehen mit dem Becherteil aus einem Stück.

Ferner ist.ein zweites Kupplungselernent 30 vorgesehen, das eine Platte 31 umfaßt, die nahe dem offenen Ende des Bechers 25 angeordnet ist und vier Arme 32 trägt, die axial in den Becher 25 hineinragen und jeweils zwischen zwei benachbarten Armen 28 des -üecherteils angeordnet sind, üin Elastomermaterial 33, z.B. Gummi, füllt die Hohlräume zv/isciien den benachbarten Armen 28 und 32 aus. Bas Elastomermaterial kann in Form von Keilen vorgeformt sein, die beim Zusammenbau in die Kupplung eingesetzt werden; alternativ kann man den Gummi zwischen den Armen 28 'und 32 in das 'Becherteil gießen und ihn an Ort und Stelle vulkanisieren. Ferner wäre es möglich, das Elastomermaterial als vorgeforrsten Ring oder Toruskörper auszubilden, der mit Schlitzen zum Aufnehmen der Arme versehen ist.

Die Platte 31 trägt einen ringförmigen flansch 35, der zwischen einer r-ingschulter 36. auf der Innenseite des Becherflansches 26 und einem Sprengring 37 liegt, der in eine Ringnut 38 auf der Innenseite des Flansches 26 eingebaut ist. Der Sprengring 37 dient dazu, die beiden Kupplungselemente fest miteinander zu verbinden.

Ferner umfassen die iilemente der Kupplung 30 eine Buchse 39» die mit der Platte 31 aus einem Stück besteht und gemäß irij. bei 40 mit Keilbahnen zum Aufnehmen der angetriebenen .<eile versehen ist. .

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Es sei bemerkt, daß die Dicke des ringförmigen Flansches 35 erheblich kleiner ist als der Abstand zwischen der. Hing-* ' » schulter 36 und dem Sprengring 37» zwischen denen der Flansch 35 angeordnet ist. 3?erner sei bemerkt, daß die Außenabmessungen der Arme 32 und der Platte 31 erheblich kleiner sind als die ,·. Innenabmessungen des Becherteils 25, so daß eine lockere Passung -zwischen den beiden kupplungselementen vorhanden ist* Weiterhin sei bemerkt, daß der üadius: der Kupplung erheblich größer ist als ihre axiale Abmeseüng oder länge. Bei der bevorzugten Ausbildungsförjn der Erfindung sind diesis Abmessungen so gewählt, daß die radiale Abmessung'jedes Arms annähernd doppelt so groß ist wie seine axiale Abmessung. Zwar könnte, das Verhältnis zwischen der radialen Abmessung und der axialen Abmessung 1:1 betragen, doch wird ein".Verhältnis von 2*1 bevorzugt. Die lockere Passung zwiseaeii öea Kupplungsteileii und das Verhältnis zwischen der radialen und de*· axiales Abmessung©imiöglichen es der Achse des Antriebselements, um mindestens 5° von der. Achse des angetriebenen Elements abzuweichen, wie es in Jig» 2 angedeutet ist. Um- ein Beispiel zu geben, auf das sich die Erfindung ρedoeli nichtbeschränkt, sei erwähnt^ daß bei einer Kupplung, deren Becherteil 25_;eiaea Durchmesser von etwa 125 mm hat, ein radialer Spielraum von etwa 3*2 mm an Ssn äußeren Enden der Arme 32 sowie ein - ausreichender; Spielraum an anderen Punkten gemäß den Zeichnungen die gewünschte Wiskelbewägiang zwischen den beiden Küppluctgseleiaentea ermöglicht* .

Die ilirkungSTieise der erf!.ndungsgemäßen Kupplung geht aus ^i₆. 1 bis 4 hervor. In Pig* 1 schließen dieAcb,sen der Antriebswelle 12 und der angetriebenen Welle 13 einen Winkel 0 eia*

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y/eiin die Antriebswelle 12 mit einer konstanten winkelgeschwindigkeit umlämft, wie es in i^ig. 4 bei 42 durch eine gerade Linie angedeutet ist, läuft die angetriebene «Velle 13 normalerweise mit einer variablen Winkelgeschwindigkeit um, wie es der Kurve 43 in Fig. 4 entspricht. Die augenblickliche v/inkelgeschwlndigkeit der angetriebenen Welle ist bei einer vollständigen Umdrehung der 'fellen nur an vier Punkten der Kurve die gleiche wie diejenige der Antriebswelle. Dies bedeutet, daß die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Yielle während jeder Umdrehung ständig zu- und abnimmt; diese Änderungen geben Anlaß zu unerwünschten Schwingungen sowie zu einer Ermiidungsbeanspruciiung der .Materialien des Universalgelenks, der Antriebswelle, der Keilbahnverbindung und weiterer i'eile. Wenn man die erfindungsgemäße, Stöße dämpfende Kupplung zwischen einem der Bügel und der zugehörigen Welle anordnet, werden die Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten sowie der tfinkelabweichung in einem erheblicnen Ausmaß durch'das Elastomermaterial ausgeglichen, so daß sich die Änderungskurfre für die angetriebene Welle in der in Fig. 4 bei 43' angedeuteten //eise abflacht. Außerdem werden die Beanspruchungen durch seitliche Kräfte aufgenommen, wodurch sich die lebensdauer der -Bauteile der Kardanwelle verlängert.

Patentansprüche:

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Claims

8 MÜNCHEN OO SCIIWEIOEHSraASSE 2 telekos aaoosi TELEOItAlIMADItKSSE: PJIOTEOTPATEST MffKCHE.V -9- PJIOTEOTPATEST M Öl 1A-32 778 P A ΐ E 1 Ϊ A El· S. P R Ü: Q' H E

1. Kraftübertra^ungskupprung für ein Universalgelenk mit zwei durch einen Armstern verbundenen Bügelfa, g e Ic e η η zeichnet durch ein an einem Bügel (15)befestigtes Beclierteil (25) mit. einem flansch (26), der sich von.Jdem Bügelteil weg allgemein in axialer jii-ehtung erstreckt und die Öffnung des -Becherteils abgrenzt, mehrere mit dem Plansch aus einem Stück bestehende, radial nach innen ragende Arme (28),eine nahe, dem offenen 3nde des Beclierteils angeordnete Platte (31) mit mehreren Armen (32), die in das Becherteil hineinragen und jeweils zwischen benachbarten Armen des Becherteils angeordnet sind, wobei die Platte liittel (40) umfaßt, um .die Platte mit einer ,/eile (13) zu verbinden, sowie durch ein Elastomerraaterial (33) t das, die Hohlräume zwischen den Armen im wesentlichen ausfüllt. ■'-' .-■-■■-'■ . ^v -

2. Kupplung nach Anspruch T, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η. e t , daß das /Verhältnis zwischen der radialen Abmessung und der axialen Abmessung jedes Arms annähernd im bereich von t;1 bis 2t1 liegt,

3. Kupplu'nij nach Anspruch-1> dadurch g e k en η zeichnet, daß die Platte und das Becherteil so bemessen sind, daß ihre Achsen mindestens u© 5° von ihrerFluehtungslage abweichen können. gogggg/ORßS BAD

4. Kraftübertra^ungskupplung für ein Universalgelenk mit zwei durch einen Armstern verbundenen Jügeln, gekennzeichnet durcii ein antreibendes lilement, ein angetriebenes .Clement., wobei diese Elemente sich überlappende Antriebsoder Ivlitnehmerarme tragen, die mit den zugehörigen elementen fest verbunden sind, sowie durch ein ^lastomermaterial, das die Räume zwischen den Armen ausfüllt, wobei die axiale Abmessung der Kupplung kleiner ist als der radius der i.uoplung, und y/obei zwischen den antreibenden element und dein angetriebenen Element ein dpielraum vorhanden ist, der ausreicht, ura zu ennö liehen, daß die- Achsen der Elemente ,/inkelbev/egungen von etv/a 10° relativ zueinandei· ausführen.

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