DE19615273A1 - Kardangelenk - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kardangelenk zur sowohl rotatorischen
als auch axial formschlüssigen Verbindung eines ersten und eines
zweiten Bauteils, insbesondere zur Verbindung eine Schaltwelle
eines Getriebeaktuators mit einem Positionssensor, mit einem
an dem ersten Bauteil um eine erste Achse drehbar gelagerten
ersten Verbindungsglied und einem an dem zweiten Bauteil
gelagerten, sich entlang einer zweiten Achse erstreckenden und
mit dem ersten Verbindungsglied gekoppelten zweiten Verbindungs
glied.
Solche Kardangelenke sind an sich bekannt. Ein typisches Beispiel
eines Kardangelenkes umfaßt ein aus zwei Stäben bestehendes
Drehkreuz, wobei die Enden eines jeden Stabes in einer Gelenk
gabel drehbar gelagert sind. Solche Kardangelenke erlauben eine
sowohl rotatorisch als axial formschlüssige Verbindung von zwei
Bauteilen. Ein Kardangelenk kann jedoch keinen parallelen Versatz
ausgleichen.
Zur Erfassung der Längs- und der Drehposition einer Welle ist
es möglich, diese an einem Ende mit einem Positionssensor zu
verbinden. Da die Welle und der Positionssensor in der Regel
an unterschiedlichen Orten gelagert sind, kann es aufgrund von
Fertigungstoleranzen bei einer starren Verbindung zu Ver
spannungen und letztlich zu Beschädigungen des Positionssensors
oder der Wellenlager kommen. Andererseits kann es konstruktiv
bedingt notwendig sein, die Welle und den Positionssensor winklig
zueinander anzuordnen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kardangelenk
anzugeben, das auch einen parallelen Versatz ausgleichen kann.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kardangelenk
dadurch gelöst, daß die Achsen parallel verlaufen und daß das
zweite Verbindungsglied um eines seiner Enden verschwenkbar
an dem zweiten Bauteil gelagert ist.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst. Durch die parallele
Anordnung der zwei Achsen ist es möglich, die zwei Bauteile
unter Aufrechterhaltung der sowohl rotatorisch als auch axial
formschlüssigen Verbindung parallel zu versetzen. Um die
Eigenschaften eines Kardangelenkes, nämlich die voneinander
unabhängige Verschwenkbarkeit in zwei Ebenen, aufrechtzuerhalten,
ist das zweite Verbindungsglied um eines seiner Enden verschwenk
bar an dem zweiten Bauteil gelagert. Somit sind die durch das
erfindungsgemäße Kardangelenk verbundenen Bauteile nicht nur
in zwei Ebenen unabhängig voneinander verschwenkbar, sondern
auch parallel versetzbar. Dies ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn die zwei Bauteile unabhängig voneinander gelagert sind,
insbesondere, wenn die Bauteile in zwei voneinander unabhängigen
Bohrungen gelagert sind. Miteinander fluchtende, jedoch unab
hängig voneinander ausgeführte Bohrungen weisen häufig einen
gewissen wenn auch kleinen Parallelversatz auf. Die Vermeidung
eines solchen Versatz es ist mit einem enormen fertigungs
technischen Aufwand verbunden. Eine direkte Kopplung des
Positionssensors mit der Welle würde aufgrund der auftretenden
Verspannungen zu Beschädigungen des Positionssensors führen.
Selbst mit einem üblichen Kardangelenk ist ein solcher Parallel
versatz nicht auszugleichen. Durch das erfindungsgemäße Kardan
gelenk werden solche Verspannungen vermieden. Die Fertigungs
toleranzen können bewußt niedrig angesetzt werden, was die
Fertigungskosten mindert.
Vorzugsweise ist das zweite Verbindungsglied an dem zweiten
Bauteil in Richtung der zweiten Achse verschiebbar.
Durch diese Maßnahme ist ein Parallelversatz zwischen den zwei
Bauteilen nicht nur in der Ebene senkrecht zu den zwei Achsen
sondern auch in der Ebene der Achsen möglich. Da die beiden
Arten des Parallelversatzes unabhängig voneinander sind, kann
ein Parallelversatz zwischen den zwei Bauteilen in jeder Richtung
ausgeglichen werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite
Verbindungsglied an seinem einen Ende im wesentlichen kugelförmig
ausgebildet und an seinem anderen Ende in einer Axialnut des
zweiten Bauteils, insbesondere durch Linienberührung, geführt.
Durch diese Maßnahme wird die Verschwenkbarkeit des zweiten
Verbindungsgliedes an dem zweiten Bauteil konstruktiv besonders
einfach gelöst. Das zweite Verbindungsglied kann um den Kugel
mittelpunkt verschwenken, wobei die Axialnut das Maß der
Verschwenkbarkeit begrenzt. Durch die Linienberührung ist das
zweite Bauteil in der Axialnut drehbar.
Dabei ist das kugelförmige Ende des zweiten Verbindungsgliedes
vorzugsweise in einer Bohrung des zweiten Bauteils gelagert.
Diese Maßnahme erfüllt konstruktiv besonders einfach die
Anforderung, das zweite Verbindungsglied an dem zweiten Bauteil
in Richtung der zweiten Achse verschiebbar zu lagern.
Es ist weiterhin von Vorzug, wenn das zweite Verbindungsglied
um seine Achse drehbar an dem zweiten Bauteil gelagert ist und
wenn das erste Verbindungsglied fest mit dem zweiten Verbindungs
glied verbunden ist.
Das erste Bauelement ist somit einerseits um die erste Achse
und andererseits mittels des zweiten Bauelementes um die zweite
Achse drehbar, so daß die zwei Bauteile parallel versetzt werden
können. Generell wäre es zwar auch denkbar, das erste Verbin
dungsglied mit dem zweiten Verbindungsglied drehbar zu verbinden
und das zweite Verbindungsglied nicht drehbar an dem zweiten
Bauteil zu lagern. Bei der erstgenannten Alternative ist der
Zusammenbau des Kardangelenkes jedoch einfacher.
Dabei ist es von Vorzug, wenn das zweite Verbindungsglied in
der Bohrung mit Spiel gelagert ist.
Durch diese Maßnahme werden die Anforderungen der Drehbarkeit
des zweiten Verbindungsgliedes um die zweite Achse und der
Kopplung zwischen dem zweiten Verbindungsglied und dem zweiten
Bauteil konstruktiv besonders einfach gelöst.
Vorzugsweise ist das erste Verbindungsglied an dem ersten Bauteil
um einen die erste Achse bildenden Stift drehbar gelagert.
Durch diese Maßnahme läßt sich das erfindungsgemäße Kardangelenk
besonders einfach zusammensetzen.
Es ist schließlich von Vorzug, wenn das zweite Verbindungsglied
lösbar, insbesondere steckbar, mit dem zweiten Bauteil verbunden
ist.
Durch diese Maßnahme können die zwei Bauteile leicht voneinander
gelöst werden. Insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Kardangelenkes zur Verbindung einer Schaltwelle eines Getriebe
aktuators mit einem Positionssensor ist es hierdurch leicht
möglich, den Positionssensor auszuwechseln, ohne den Aktuator
demontieren zu müssen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste
hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Schaltanordnung für
das Getriebe eines Kraftfahrzeuges unter Verwendung
eines Aktuators;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Aktuators;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Verbindung einer Schaltwelle
des Aktuators mit einer Sensorstange eines Positions
sensors unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Kardangelenkes; und
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Verbindung von Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem
Motor M, einer Kupplung K und einem Getriebe G gezeigt. Das
Getriebe wird durch eine Getriebeschaltwelle S geschaltet und
gibt die Motorleistung über eine Abtriebswelle A ab. Ein im
Fahrzeuginnenraum angeordneter Handschalthebel H ist in einer
Kulisse mit zwei Schaltgassen R-D-N bzw. M ± und einer die
Schaltgassen verbindenden Wechselgasse geführt.
An dem Getriebe G ist ein Aktuator 10 vorgesehen. Der Aktuator
10 weist eine mit der Getriebeschaltwelle S axial verbundene
Schaltwelle 10 auf, die drehbar und längsverschiebbar gelagert
ist. Die Getriebeschaltwelle 12 wird in Abhängigkeit von den
Signalen eines Schaltpositionssensors 13 mittels eines Schalt
stellgliedes 14 in Längsrichtung bewegt und mittels eines
Wählstellgliedes 16 gedreht. Zu diesem Zweck sind das Schalt
stellglied 14 und das Wählstellglied 16 mit der Schaltwelle
12 über einen Mitnehmer 17 gekoppelt.
Das Schaltstellglied 14 weist einen doppelt wirkenden Schalt
zylinder 18 auf, der über zwei Schaltventile 20, 21 angesteuert
wird. Das Wählstellglied 16 weist einen einfach wirkenden
Wählzylinder 22 auf, der über ein Wählventil 24 angesteuert
wird. Der Wählzylinder 22 arbeitet gegen eine Rückstellfeder
26.
Ein Positionssensor 28 ist axial an der Schaltwelle 12 über
ein schematisch angedeutetes Kardangelenk 29 angeflanscht und
gibt Positionssignale an einen Mikrocomputer µP ab. Der Mikro
computer µP empfängt die Schaltpositionssignale von dem Schalt
positionssensor 13 und gibt Steuersignale an die Ventile 20,
21, 24 sowie optional an die Kupplung K ab.
Durch die Verbindung von Positionssensor 28 und Schaltwelle
12 über ein Kardangelenk können fertigungsbedingte Toleranzen
ausgeglichen und Verspannungen vermieden werden, die zu Beschä
digungen des Sensors 28 und/oder der Wellenlager führen können.
Die Übertragung der von einem Fahrer vorgegebenen Schaltvorgänge
erfolgt bei dieser Anordnung nicht auf mechanischem Wege direkt
auf die Getriebeschaltwelle S. Statt dessen werden die von dem
Fahrer vorgegebenen Schaltvorgänge von dem Schaltpositionssensor
13 erfaßt, in dem Mikrocomputer µP verarbeitet und dann von
dem Aktuator 10 eingeleitet.
Wie es in Fig. 2 zu sehen ist, ist das Aktuatorgehäuse 30
zweiteilig, mit einem Gehäusekorb 38 und einem Gehäusedeckel
40.
Die Schaltwelle 12 ist durch zwei an dem Gehäusekorb 38 bzw.
dem Gehäusedeckel 40 vorgesehene Kunststoffgleitlager 42
verdrehbar und axial verschiebbar gelagert. Eine Wellendichtung
44 dichtet die Schaltwelle 12 gegenüber dem Gehäusedeckel 40
ab.
Der Mitnehmer 17 ist durch einen Stift 46 starr mit der Schalt
welle 12 verbunden und weist einen sich in dem Aktuatorgehäuse
30 nach unten erstreckenden Wählarm 48 und einen sich nach oben
erstreckenden Schaltarm 50 auf. Der Schaltarm 50 greift in eine
Nut 52 eines Schaltbolzens 54, der durch an dem Gehäusekopf
38 bzw. dem Gehäusedeckel 40 vorgesehene Gleitlager 56 axial
verschiebbar gelagert ist, und zwar parallel zur Schaltwelle
12.
Der Schaltbolzen 54 ist über eine Kolbenstange mit dem nicht
dargestellten Kolben des Schaltzylinders 18 verbunden.
Die in Fig. 2 gezeigte Stellung ist die neutrale Stellung. Wird
der Schaltbolzen 54, und damit über den Mitnehmer 17 und die
Schaltwelle 12 die Getriebeschaltwelle S nach links verschoben,
so entspricht dies dem Einlegen des zweiten, des vierten oder
des sechsten Ganges. Umgekehrt führt eine Bewegung des Schalt
bolzens 54 aus der neutralen Position nach rechts zum Einlegen
des ersten, des dritten, des fünften oder des Rückwärtsganges.
Der Wählarm 48 des Mitnehmers 17 greift in eine Nut eines
Wählbolzens 57, der von dem Wählzylinder 22 gegen die Rückstell
kraft der Feder 26 senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 2
versetzt wird, wodurch die Schaltwelle 12 verdreht wird. Das
dem Getriebe abgewandte Ende der Schaltwelle 12 ist über ein
schematisch angedeutetes Kardangelenk 29 mit einer Sensorstange
58 des Positionssensors 28 verbunden, der die axiale und die
Drehstellung der Schaltwelle 12 erfaßt und an den Mikrocomputer
µP gibt.
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des die Schaltwelle 12 und
die Sensorstange 58 verbindenden erfindungsgemäßen Kardangelenkes
29.
Eine sich in axialer Richtung erstreckende Zunge 60 ist drehbar
um einen in der Sensorstange 58 gelagerten Zylinderstift 62
drehbar. Die Zunge 60 ist in einer stirnseitigen Ausnehmung
63 der Sensorstange 58 geführt. Die Ausnehmung 63 ist hinreichend
groß, um Schwenkbewegungen der Zunge 60 um den Zylinderstift
62 zuzulassen, wie es in Fig. 4 zu sehen ist.
Ein sich im wesentlichen parallel zu dem Zylinderstift 62
erstreckender Lagerstift 64 ist in einem Gabelende 66 der
Schaltwelle 12 gelagert. Der Lagerstift 64 weist einen mittleren
Abschnitt 65 auf, der durch eine Bohrung der sich in die
Gabelöffnung erstreckenden Zunge 60 eingepreßt ist. Ein oberer
Abschnitt 68 des Lagerstiftes 64 ist in Linienberührung in einer
Axialnut 70 des oberen Teils des Gabelendes 66 geführt.
Ein unterer Abschnitt 72 des Lagerstiftes 64 ist im wesentlichen
kugelförmig ausgebildet und in einer Bohrung 74 in dem unteren
Teil des Gabelendes 66 mit Spiel aufgenommen, so daß der
Lagerstift 64 in der Schaltwelle 12 um seine Achse drehbar
gelagert ist.
Der untere Abschnitt 72 des Lagerstiftes 64 weist einen größeren
Durchmesser auf als der mittlere Abschnitt 65.
Die durch den Zylinderstift 62 gebildete Drehachse 76 und die
durch den Lagerstift 64 gebildete Drehachse 78 für die Zunge
60 verlaufen etwa parallel zueinander.
Der Lagerbolzen 64 ist um den Mittelpunkt 80 seines kugelförmigen
unteren Abschnittes 72 verschwenkbar, wobei das obere Ende 68
in der Axialnut 70 geführt wird.
Durch das Kardangelenk 29 können Axialbewegungen 82 und Dreh
bewegungen 84 der Schaltwelle 12 formschlüssig, im wesentlichen
spielfrei in entsprechende Axialbewegungen 83 und Rotations
bewegungen 85 der Sensorstange 58 umgesetzt werden.
Zu diesem Zweck ist die Zunge 60 in Pfeilrichtung 86 um den
Zylinderstift 62 drehbar. Die Zunge 60 ist samt Lagerstift 64
darüber hinaus im Pfeilrichtung 88 in der Bohrung 74 und der
Axialnut 70 drehbar. Die Lagerstange 64 ist in Pfeilrichtung
90 um den Mittelpunkt 80 ihres unteren Abschnittes 72 verschwenk
bar als auch in Pfeilrichtung 92 in der Bohrung 74 sowie der
Axialnut 70 radial entlang ihrer Achse 78 versetzbar.
Das Kardangelenk 29 kann somit nicht nur voneinander unabhängige
Schwenkbewegungen in zwei Ebenen (in der Schwenkebene 90 sowie
der Drehebene 86) ausführen, so wie ein herkömmliches Kardan
gelenk. Darüber hinaus ist durch die zweifache Verdrehbarkeit
der Zunge 60 um den Zylinderstift 62 bzw. die Achse 78 des
Lagerstiftes 64 ein Parallelversatz in der Schwenkebene der
Zunge 60 möglich. Unabhängig hiervon ist auch ein Parallelversatz
in Richtung der Achse 78 des Lagerstiftes 64 möglich. Die
Parallelversetzungen sind unabhängig voneinander, so daß die
Schaltwelle 12 und die Sensorstange 58 auch schräg zueinander
versetzt werden können.
Die Montage des Kardangelenkes 29 ist außerordentlich einfach.
Die Zunge wird zunächst in die Ausnehmung 63 geführt und
anschließend der Zylinderstift 62 durch die entsprechende Bohrung
in der Zunge 60 gesteckt. Anschließend wird die Zunge 60 mit
dem eingepreßten, ggf. eingeklebten oder verlöteten Lagerstift
64 in die Öffnung des gabelförmigen Endes 66 der Schaltwelle
12 geführt, bis der kugelförmige untere Abschnitt 72 des
Lagerstiftes 64 in der Bohrung 74 aufgenommen werden kann. Dann
wird der Lagerstift 64 in die Bohrung 74 eingeführt. Die
Demontage erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Hierzu bewegt
man den Sensor 28 so weit nach rechts (in Fig. 2), bis er aus
der Führung des Gehäuses 30 herauskommt. Anschließend kann der
Sensor 28 samt Sensorstange 58 nach oben angehoben werden, bis
der kugelförmige Abschnitt 72 aus der Bohrung 74 herausragt.
Dann kann der Sensor 28 samt Zunge 60 und Lagerstift 64 aus
dem gabelförmigen Ende 66 der Schaltwelle 12 herausgezogen
werden. Die axiale Übertragung der Position der Schaltwelle
12 wird dadurch gewährleistet, daß der kugelförmige untere
Abschnitt 72 des Lagerstiftes 64 in der Bohrung 72 gehalten
ist. Bei einer Verdrehung der Schaltwelle 12 greift ein Dreh
moment sowohl am oberen Abschnitt 68 als auch am unteren
Abschnitt 72 des Lagerstiftes 64 an.
Claims (9)
1. Kardangelenk (29) zur sowohl rotatorisch als auch axial
formschlüssigen Verbindung eines ersten (28, 58) und eines
zweiten (12) Bauteils, insbesondere zur Verbindung einer
Schaltwelle (12) eines Getriebeaktuators (10) mit einem
Positionssensor (28, 58), mit
- - einem an dem ersten Bauteil (28, 58) um eine erste Achse (76) drehbar (86) gelagerten ersten Verbindungs glied (60) und
- - einem an dem zweiten Bauteil (12) gelagerten, sich entlang einer zweiten Achse (78) erstreckenden und mit dem ersten Verbindungsglied (60) gekoppelten zweiten Verbindungsglied (64),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Achsen (76, 78) parallel verlaufen und das zweite
Verbindungsglied (64) um eines (72) seiner Enden (68, 72)
verschwenkbar (90) an dem zweiten Bauteil (12) gelagert
ist.
2. Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Verbindungsglied (64) an dem zweiten Bauteil
(12) in Richtung (92) der zweiten Achse (78) verschiebbar
ist.
3. Kardangelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Verbindungsglied (64) an seinem einen Ende
(72) im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist und an
seinem anderen Ende (68) in einer Axialnut (70) des zweiten
Bauteils (12), insbesondere durch Linienberührung, geführt
ist.
4. Kardangelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das kugelförmige Ende (72) des zweiten Verbindungsgliedes
(64) in einer Bohrung (74) des zweiten Bauteils (12)
gelagert ist.
5. Kardangelenk nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungsglied (64) um
seine Achse (78) drehbar an dem zweiten Bauteil gelagert
ist und das erste Verbindungsglied (60) fest mit dem zweiten
Verbindungsglied (64) verbunden ist.
6. Kardangelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Verbindungsglied (64) in der Bohrung (74) mit
Spiel gelagert ist.
7. Kardangelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Verbindungsglied (60) an
dem ersten Bauteil (28, 58) um einen die Achse (76)
bildenden Stift (62) drehbar gelagert ist.
8. Kardangelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungsglied (64) lösbar,
insbesondere steckbar, mit dem zweiten Bauteil (12)
verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996115273 DE19615273C2 (de) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | Kardangelenk |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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DE19615273C2 DE19615273C2 (de) | 1998-04-30 |
Family
ID=7791605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1996115273 Expired - Fee Related DE19615273C2 (de) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | Kardangelenk |
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DE (1) | DE19615273C2 (de) |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: GETRAG GETRIEBE- UND ZAHNRADFABRIK HERMANN HAGENME |
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