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Gel enksche ibe Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkscheibe,
insbeßondere zur Verbindung von Wellen bei Kraftfahrzeugen, in Form eines polygonförmig
begrenzten ringes, bestehend aus einem oder mehreren parallel liegenden, aus dünnem
Blech gefertigten, polygonförmigen Ringen, deren Eckpunkte wechselseitig mit den
Flanscharmen der zu verbindenden Wellen verschraubt sind.
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Es sind Gelenkscheiben dieser und ähnlicher Konstruktionen bekannt.
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Sie haben die Aufgabe, eine treibende und eine angetriebene Welle,
beispielsweise den Motor eines PKW mit der Kardanvelle gelenkig zu verbinden. Dabei
soll das Gelenk möglichst drehstarr sein bzw. nur eine kleine Drehelastizität aufweisen.
Diese Gelenkscheiben wurden früher aus Gummi mit mehreren Lagen eingelegten Textilgewebes
hergestellt, dann ging man aus Gründen der besseren Dauerfestigkeit auf polygonförmige,
mit einer starken Kordeinalge versehene Gummibänder über. Die Kordeinlage besteht
bei diesen Elementen aus sogenannten Fadenwickela, die vor dem Vulkanisieren mit
Gummi umhüllt und in diesem Zustand vulkanisiert werden. Der Nachteil dieser Elemente
ist, daß die Kordfäden nie genau in der Mitte des umgebenden Gummikörpers liegen
und daher ungleichmäßig beansprucht werden. Ferner sind diese polygonförmigen Elemente
sehr dick und haben einen großen Querschnitt, so daß auch ihr Gewicht erheblich
ist, obwohl das zu übertragende Drehmoment meist nur klein ist. Sie weisen stets
eine Unwucht auf und müssen daher gemeinsam mit der daran befestigten Welle ausgewuchtet
werden.
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Es gibt ferner polygonförmige oder kreisringförmige Gelenkscheiben,
die ähnlich aufgebaut sind, bei denen aber statt der Gummibänder Metallpoly
gonbänder
oder Metallringe verwendet werden. Diese haben sich nicht bewährt, weil bei einer
Winkelanslenkung der zu verbindenden Wellen durch die Verlängerung der Estfernung
zwischen den Befestigungspunkten anßerordentlich hohe Zwangskräfte in den Zugbändern
auftreten, zu denen noch große Biegekräfte in den Einspannstellen kommebn, die eine
baldige Zerstörung derartiger Elemente zur Folge haben. Hinzu kommt, daß bei einer
Winkelanalenkung der beiden Wellen große Rückstellmomente auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkscheibe für raftfahrzeuge
zu schaffen, die die vorgesammten Nachteile der bisher bekannten Ausführungen vereidet.
Sie soll bei kleinen Gewicht und kleinster Masse hohe Leistungen und Drehmomente
Übertragen, keine Umwuschten aufweisen und wirtschaftlich herstellbar sein. Sie
soll such eine Steigerung der Flexibilität ermöglichen, so daß mit ihr größere Wellenaualenkungen
bei amoreichender Danerfestigkeit übertragber sind. Zu diesen Zweck wird eine Gelenkscheibe
in Form eines polygonförmig begrenzten Ringes vorgesehen, dossen Eckumkpe wochselseitig
mit den Flanscharmen der zu verbindenden Wellen verschranbt sind und das Noue besteht
darin, daß die zwischen den Befestigungspunkten liegenden Teile der Blechstreifen
in eingebauten, unbelasteten Zustand aus der Ebeno der Gelenkscheibe bogenförmig
oder S-förmig ausgewälbt sind. Die ausgwölbten Polygonarme könuen sich bei einer
axialen Verschiebung oder einer kardamischen Vorformung der Wellen gegeneinander
strecken. Dabei treten nur kleine Rückstellkräfte bzw. ~momente auf. Es können also
leicht große Verformungen der genannten Art erzielt werden. Die dabei in den Blockstreifen
anftretenden Spannnungen sind nur klein, Zwangsverformungen in Längsrichtung der
Polygonseiten werden vermieden und die Foderscheibe weist daher
eine
hohe Dauer- und Wechselfestigkeit auf.
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Nach der Erfindung sollen weiterhin bei Verwendung von zwei oder mehreren
Federblechringen die zwischen den Befestigkeiten liegenden Teile der Blechstreifen
symmetrisch nach beiden Seiten ausgewölbt sein. Eine Äusbildung dieser Art ist besonders
günstig, da die Beanspruchungsverhältnisse für axiale Verschiebungen nach beiden
Richtungen und für kardanisehe Winkelausschlage nach allen Richtungen völlig gleich
sind. Der besondere Vorteil bei dieser Ausführung besteht aber darin, daß völlig
gleiche Teile Verwendung finden, die beim Einbau symmetrisch zu einer senkrecht
zu den Wellen stehenden Ebene aufeinandergelegt werden. Die Herstellung wird dadurch
erleichtert, da nur eine Ausführung von Ringen benötigt wird.
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Nach der Erfindung kann die Gelenkscheibe so ausgebildet werden, daß
an den Befestigungspunkten Distanzstücke aus Metall oder Kunststoff zwischen den
Federblechringen angeordnet sind, deren zu den Polygonseiten hin gerichtete Stirnseiten
senkrecht zu den Polygunseiten verlaufen und die zu diesen Stirnseiten hin an Dicke
abnehmen. Bei dieser Ausbildung werden die Eigebeanspruchungen an den Einspannstellen
niedrig gehalten und dadurch die Dauerfestigkeit der denen Federhlechringe auch
bei großen axialen oder Winkelauslenkungen wesentlich erhöhte. Eine starke axiale
bzw. eine große Winkelauslenkung der Wellen bewirkt bei gleichzeitigen Auftreten
einen Drehmomentes, daß in einem Teil der Polygonarze Zugbeanspruchungen auftreten.
Die Polygonarme passen sich der Wirkungslinie der Zugkräfte an. Dabei worden sie
an den Einspannstellen scharf abgbogen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Distanzstücke
zorgt dafür, daß die Krümmung an der Einspamnntelle einen
großen
Radius hat und daß damit die Eigebeanspruchungen klein sind.
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Aus dem gleichen Grunde wird nach der Erfindung vorgesehen, daß an
den Befestigungspunkten außen Auflagestücks aus Metall oder Kunststoff aufgesetzt
sind, deren zu den Polygonseiten hin gerichtete Stirnseiten senkrecht zu den Polygonseiten
verlaufen und sich zu diesen Stirnseiten hin von den Elechstreifen der Gelenkscheibe
abhoben. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Auflagestücke ergibt auch nach der
anderen, d. h. äußerem Seite des Federblechrimnges eine gewölbte, abgestützte Einspannstelle
mit großen Krümmungsradius, so daß z. B. bei axialer Vershiebung für jeden Federblechring
in jeder Richtung eine Anlage mit großen Krümmungsradius vorhanden ist und die Biedespannungen
in den erforderlichen Grenzen gehalten werden.
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Die Erfindung sieht vor, daß die an den Befestigungspunkten angeorneten
Distanzestücke und aufgesetzten Anflagestücke radial zur Achse des/Polygonringe
verlaufende Stirnseiten aufweisen und sich zu den Stirnseiten hin von den Blechstreifen
der Gelenkscheibe abheben. Diese Ausführungsform bietet gegenüber der vorher beschriebenen
dann einen günstigeren Kraftverlauf, wenn die Hauptbeanspruchung der Federblochpolygonringe
aus der Auswinkelug der Wellen zueinander herrührt. In diesen Falle weisen die Federbleche
bei der zuletzt beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführung, bei der der Krümmungsradius
proportional zum Abstand von der Drohachse zunimmt, völlig gleichmäßige Spannungen
auf.
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In einer weiteren Ausführung des weiteren Ausführung des Erfindungsgedankwens
sind an den Befestigungspunkten zwischen den Polygonfederblocken und den dorm Außenseite
dünne, der Form des Polygonrimnges angepasste Federblochteile angeordnet,
die
zwischen den Befestigungspunkten getrennt sind und deren Stirnseiten senkrecht zu
den Polygonarmen oder radial zur Drehachse verlaufen. Diese an den Befestigungspunkten
zwischen den Polygongfederblochen und auf ihnen angebrachten Federblechteile stiitzen
die durchgehenden Polygonarme nach Art einer Blattfeder an den gefkhrdeten Einspannstellen
bei axialen oder Winkelauslenkungen der Achse elastisch ab. Bei den genannten Verformungen
legen sich die Polygonarme an die Federblechteile an und krünnen diese.
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Dabei ändert sich der Krümmungsradius an der Einspannstelle Je nach
Größe der axialen Verformung oder Auswinkelung. Diese Veränderlichkeit des Krümmungsradius,
die bei den vorher beschriebenen Distanz- und Auflagestücken nicht gegeben ist,
schont die Polygonfederringe bei kleinen Verformungen und setzt bei ilbermäßigen
Verformungen die Spannungen an der Einspannstelle herab.
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Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß die Zwischenräume der zwischen
den Federblechringen und/oder die keilförmigen Spalte zwischen der Außenseite der
Federblechringe und den Rändern der an den Befestigungspunkten aufgesetzten AuflageßtUcke
und Federblechteile ganz oder teilweise mit einsulkanisiertem oder eingeklebten
Gummi oder gummiähnlichen Werkstoff ausgefüllt sind. Diese AusfUhrung ist besonders
vorteilhaft, da der einvulkanisierte Gummi die membranartigen Polygenarme am Ausknicken
hindert, ohne die Verformung der Bleche, insbesondere ihre Streckung bei Zugbeanspruchung,
zu verhindern, da hierbei die Gummiteile zwischen den Blechen zusammengedrückt werden.
Letzteres bewirkt eine kleine drehelastische Verformung mit starker Progresivität
und eine vorteilhafte elastische Aufnahmen des Drehmomentes, die z.B. beim Anfahren
die dynamische Beanspruchung des Federblech* herabsetzt. Weiterhin verhindern die
Gummizwischenschichten eine metallische Reibung zwischen den durchlaufenden Federblocharmen
und den abstützenden Federblechteilen und Auflageteilen, da der zwischen allen Metallteilen
liegende Gummi die Verschiebung dieser zueinander durch elastische Molekularverformung
aufnimmt.
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Eine weitere erfidnungsgemäße Ausfürhrungsform besteht darin, daß
die
federblechstreifen zwischen den Befestigungspunkten in ihrer
Breite eingeschärt sind. Eine solche Ausbildung der Blochstreifen beeinträchtigt
nicht die Dnerfestigkeit, da nur an den Einspannstellen Biegebeanspruchungen auftreten,
während in der Mitte der Polygonarme zur Zugkräfte vorhanden sind. Diese Ausbildung
hat den Vorteil, daß die Rückstellkräfte bei den auftretende Zwengsverformungen
verkleinert werden.
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I wertvoller Ausgestaltung des Erfindngsgedankens ist vorgesehen,
daß die Gelenkscheibe in am sich bekannter Weise aus nehreren aufeinanderlegbaren
Federblechringen mit dazwischen liegenden dünner Gummischicht lamellenartig zusammengesetzt
ist. Die einzelnen Feerblechringe sind dabei lamellenartig ausgebildet und zwischen
ihnen ist Gummi einvulkanisiert. Bei dieser Ausführung wird die Anzahl der Blechringe
je nach der Größe des zu übertragenden Drehmomentes ausgewählt. Die lamellenartige
Ausbildung hat den vorteil, daß Ausbiegungen infolge axialer oder Winkelauslenkung
ohne große Rückstellkräfte erfolgen können bzw. daß die zulässige Ausbiegung erhöht
werden kann. Dabei kann je eine Anzahl der lamellierten, durch eine Gummizwischenschicht
verbundenen Polygonringe zwischen den Befestigungspunkten nach der einen und eine
Anzahl symmetrisch nach der anderen Seite ausgewälbt sein.
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Schließlich ist es erfidungsgemäß vorgesehen, daß statt eines geschlossenen
Polygons in an sich bekannter Weise einzelne Federblochstreifen oder Blechlamellenpakete,
die mit aufvulkanisierten Gummi vorsehen mein könne, die Gelepunkte verbinden. Diese
Ausgestaltung der Gelenkscheibe hat den Vorteil, daß die Fertigung der Federblochteile
einfacher wird. Die Werkzeuge für die Herstellung der Teile werden kleiner und sind,
sofern die Anzahl der benötigten Federscheiben klein ist, weniger
kostspielig.
Außerdem ist bei diesen einfachen Elementen mit geringeren Ausschußquoten zu rechnen,
so daß die Fertigungskosten für die Herstellung von Versuchsmustern oder kleine
Bedarfsmengen niedriger gehalten werden können.
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Die beschriebene erfindungsgemäße Gelenkscheibe weist eine hohe Flexibilität
bei sehr kleinem Gewicht auf. Sie ist ferner, bedingt durch die Verwendung stanzbarer
Metallteile, so präzise herstellbar, daß in den meisten Anwendungsfällen und auch
bei hoher Drehzahl der Welle eine zusätzliche Zentrierung, wie sie bisher im Kraftfahrzeugbau
unerläßlich war, erspart wird.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigen: Fig. 1 eine Gelenkscheibe in der axialen Draufsicht, Fig. 2 den
Querschnitt nach Linien II-I1 der Fig. 1, Fig. 3 bis 6 den Querschnitt A"B durch
die Gelenkscheibe in verschiedenen weiteren Ausführungsvarianten, Fig. 7 den Querschnitt
einer aus einzelnen Elementen aufgebauten Gelenkscheibe zwischen zwei Gelenkpunkten,
Fig. 8 die axiale Ansicht einer Gelenkscheibe mit Flansch und Nabe, Fig. 9 den Axialschnitt
nach den Linien IX-IX der Fig. 8.
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Nach Figuren 1 und 2 ist die Gelenkscheibe als innen und außen polygonförmig
begrenzter
Ring mit sechs Ecken ausgeführt, der aus dünnen Federblechen 5, 6 besteht, Die Befestigungspunkte
1. 2 sind mit Bohrungen 3, 4 zur Aufnahme der Befestigungsschrauben versehen. Die
zwischen den Befestigungspunkten 1, 2 liegenden Teile der Polygonarme sind in der
mitte schmaler als an ihren Einspannstellen An den Befestigungspunkten 1, 2 sind
zwischen den Federblechstreifen 5, 6 Distanzstücke 7, 8 aus Metall oder Kunststoff
angeordnet. Ferner sind außen Auflagestücke 9, 9s 11, 12 aus Metall oder Kunststoff
angebracht, Die Federblechstreifen 5, 6 weimen bogenförmige Auswölbungen 13, 14
nach beiden Seiten auf.
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Die zu den Polygonseiten hin gerichteten Stirnseiten 15, 16 der an
den Befestigungspunkten 1, 2 zwischen den Federblechringen liegenden Distanz° stücke
7, 8 und die entsprechenden Stirnseiten 17, 18, 19, 20 der äußeren Auflagestücke
9, 10S 11, 12 verlaufen senkrecht zu den Polygonseiten.
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Distanzstücke 7, 8 und äußere Auflagestücke 9, 10, 11, 12 haben sich
von den Blechstreifen 5, 6 der Gelenkscheibe allmähnlich ab, so daß sich bei axialer
Verschiebung der Befestigungspunkte 1, 2 zueinander die Blechstreifen 5, 6 an die
Distanzstücke und Auflagestücke unter gleichmäßiger Krümmung anlegen können.
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An den Befestigungspunkte 21, 22 verlaufen die Stirnseiten der Distanzstücke
23, 24 und die Stirnseiten der äußeren Auflagestücke 25, 26 radial zur Achse der
Polygonringes. Diese Ausführung ist für starke Winkelauslenkungen der Gelenkscheibe
günstig.
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In Figur 3 ist der gleiche Querschnitt wie in Figur 2 gezeigt, jedoch
sind die Zwischenräume zwischen dem Auswölbungen 13, 14 der Feder blechringe 5,
6 mit einvulkanisiert Gummi 27a ausgefülllt. Der Gummi braucht
nicht
den ganzen Zwischenraum und dessen gesamte Breite einzunehmen. Er kann mit Aussparungen
oder durchgehenden Löchers versehen sein.
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In Figur 4 ist ebenfalls der gleiche Querschnitt wie in Figur .2 gezeigt,
jedoch sind die keilförmige Spalte 28, 29, 30, 31 zwischen der Außenseite der Federblechringe
5, 6 und den Rändern der an den Befestigungspunkten aufgesetzten Auflagestücke 9,
10, 11, 12 mit einvulkanisierten Gummi ausgefüllt.
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Nach Figur 5 haben die Federblechstreifen zwischen den Befestigungspunkten
S-förmige Auswölbungen 32, 33. Zwischen den Blechen ist eine stützen de Gummischicht
34 einvulkanisiert.
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Nach Figur 6 sind je zwei Federblechringe 35, 36 durch eine dazwischen
liegende dünne Gummischicht 37 lamellenartig verbunden. Auf den äußeren polygonförmigen
Federblech 26 sind dünne, der Form des Federbleches 36 angepasste, jedoch nicht
durchlaufende Federblechteile 38, 39 angeordnet.
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Diese werden durch die starren Auflageestücks 40 und die Befestigungsbolzen
gehalten. Bei axialer Verschiebung der Befestigungspunkte gegeneinander biegen sich
die Federblechstreifen 35, 36 und legen sich an die stUtzenden Federbleckteile 38,
39 an, die dadurch ebenfalls ausgebogen werden. Die Federblechteile verhindern eine
zu scharfe Krümmung der Federblechstreifen 35, 36 an den Einspannstelle, in dem
sie dort eine elastische Abstützung bewirken. Zwischen den abstützenden Federblechen
und den durchgehenden Federblechstreifen kann eine Gummischicht einvulkanisiert
werden, die Verschiebungen der Bleche zueinander ohne äußere Reibung durch Molekularverformung
aufnimmt.
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lack Figur 7 sind statt eines geschlossenen polygonförmigen Ringes
einzelne
längliche aus Federblechabschnitten 43, , 44, 45, 46
und 47, 48 sowie sechs weiteren nicht sichtbaren Federblechabschnitten, Distanzstücken
7, 8, Auflagestücken 9, 10, 11, 12 und einvulkanisiertem Gummi 27 in einem Teil
hergestellte Einzelelemente vorgesehen, Diese verbinden je zwei wechselseitige Befestigungspunkte
miteinander, indem sie mit Bolzen 49, 50 an Flanscharmen 51, 52 der zu verbindenden
Wellen befestigt sind.
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In den Fig. 8 und 9 ist eine Gelenkscheibe der Fig. l als-Verbindungsmittel
für zwei Wellen veranschaulicht3 An Wellennaben 53 und 54 sind je drei Flanscharme
vorgesehen, von denen alle unteren Arme 55, 56 und 57 dargestellt sind und von der
oberen Nabe 54 nur der Arm 58 (FigO 9) sichtbar ist. Bolzen 59, 60 und 61 der oberen
Nabe 54 und Bolzen 62, 63 und 64 der unteren Nabe 53 dienen als Verbindungsmittel.