DE19615273C2 - Kardangelenk - Google Patents

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, wobei die Achsen parallel verlaufen und das zweite Verbindungsglied um eines seiner Enden verschwenkbar an dem zweiten Bauteil gelagert ist.

Ein Kardangelenk der vorstehend genannten Art ist aus der US 5 288 271 bekannt.

Kardangelenke sind allgemein 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 farmschlüssige 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.

Miteinander fluchtende, jedoch unabhängig voneinander ausgeführte Bohrungen weisen häufig einen gewissen wenn auch kleinen Parallelversatz auf. Die Vermeidung eines solchen Versatzes ist mit einem enormen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. Eine direkte Kupplung des Positionssensors mit der Welle würde aufgrund der auftretenden Verspannungen zu Beschädigungen des Positionssensors führen. Mit einem konventionellen Kardangelenk ist ein solcher Parallelversatz nicht auszugleichen.

Aus der eingangs genannten US 5 288 271 ist ein Kardangelenk mit Drehmomentbegrenzung bekannt. Bei dem bekannten Kardangelenk stehen sich zwei Wellenenden mit Abstand gegenüber. Über das Kardangelenk sind die beiden Wellenenden sowohl rotatorisch wie auch axial formschlüssig miteinander verbunden. Das Kardan­ gelenk wird durch eine Stange gebildet, die in beiden Wellenenden jeweils gleichartig gelagert ist. Die Lagerung umfaßt ein zylindrisches Bauteil, das im jeweiligen Wellenende um eine Achse gelagert und drehbar ist, die unter einem rechten Winkel zur Längsachse des Wellenendes verläuft. In dem zylindrischen Bauteil wiederum ist ein Stift gelagert, der zur Längsachse des Wellenendes und zur Achse des zylindrischen Bauteils unter einem rechten Winkel angeordnet ist. Um diesen Stift wiederum ist das freie Ende der Stange drehbar gelagert. Durch diese Art der Lagerung sind die beiden Enden der Stange in den jeweiligen Wellenenden axial fixiert. Sie können jedoch um die beiden zur Längsachse der Wellenenden unter einem rechten Winkel verlaufenden Achsen verschwenkt werden. Dies hat zur Folge, daß die beiden Wellenenden sowohl parallel zueinander versetzt wie auch zueinander abgeknickt werden können. Das bekannte Kardangelenk ist jedoch relativ aufwendig in der Konstruktion und auch kompliziert in der Montage.

Aus der DE 37 04 968 A1 ist eine Ausgleichskupplung bekannt. Bei dieser Ausgleichskupplung stehen sich ebenfalls zwei Wellenenden im Abstand gegenüber und eine Verbindung zwischen den beiden Wellenenden wird durch eine Stange bewirkt. Die Stange ist an ihrem einen Ende in dem einen Wellenende mittels eines Zapfens gelagert, der sich senkrecht zur Längsachse des Wellenen­ des erstreckt. An anderen Ende ist die Stange gabelförmig ausgebildet und umschließt dort einen zweiten Zapfen, der parallel zum ersten Zapfen angeordnet ist. Auf diese Weise können die beiden Wellenenden unter Beibehaltung eines rotatorischen Formschlusses zueinander verschwenkt werden. Die Übertragung von Axialkräften ist jedoch nicht möglich, weil der zweite Zapfen in dem gabelartigen Ende der Stange axial frei beweglich ist. Ein weitgehend gleiches Kardangelenk ist auch in der GB 692 868 beschrieben.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Kardangelenk anzugeben, das einen parallelen Versatz bei konstruktiv besonders einfachem Aufbau ausgleichen kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kardangelenk dadurch gelöst, daß 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 ist.

Durch die Erfindung wird die Verschwenkbarkeit des zweiten Verbindungsgliedes an dem zweiten Bauteil konstruktiv besonders einfach gelöst. Das zweite Verbindungsglied kann um den Kugelmit­ telpunkt verschwenken, wobei die Axialnut das Maß der Verschwenk­ barkeit begrenzt. Durch die Linienberührung ist das zweite Bauteil in der Axialnut drehbar.

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
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das kugelförmige Ende des zweiten Verbindungsgliedes vorzugsweise in einer Bahrung 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 (7)

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),
  wobei 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, 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.

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 kugelförmige Ende (72) des zweiten Verbin­ dungsgliedes (64) in einer Bahrung (74) des zweiten Bauteils (12) gelagert ist.

4. Kardangelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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.

5. Kardangelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungsglied (64) in der Bohrung (74) mit Spiel gelagert ist.

6. Kardangelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungsglied (60) an dem ersten Bauteil (28, 58) um einen die Achse (76) bildenden Stift (62) drehbar gelagert ist.

7. Kardangelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungsglied (64) lösbar, insbesondere steckbar, mit dem zweiten Bauteil (12) verbunden ist.