DE2640344C3 - Elastisches Kraftübertragungsgelenk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Kraftübertragungsgelenk zum Einfügen zwischen eine Antriebs- und eine Abtriebswelle.

Aus der FR-PS 12 22 674 ist ein elastisches Kraftübertragungsgelenk in Form eines Kardangelenks bekannt, welches fest mit der Antriebswelle und der Abtriebswelle verbundene gabelförmige Gelenkzapfensupporte sowie ein zwischen die Gabeln der Gelenkzapfensupporte eingreifendes Zwischenelement aufweist, das in zueinander senkrechten Bohrungen in unterschiedlichen Ebenen elastische Lagerbuchsen zum Durchtritt der Gelenkzapfen aufnimmt.

Die Ausbildung des Kraftübenragungsgelenks als Kardangelenk ist, da zwei Gelenkzapfen benötigt werden, relativ aufwendig. Außerdem ist das bekannte Kraftübertragungsgelenk wenig zur Absorbtion von Stoßkräften geeignet, die auf die An- oder Abtriebswelle einwirken.

Die US-PS 31 64 974 beschreibt ein Kraftübertragungsgelenk in der Lenksäule eines Kraftfahrzeuges. Dieses Kraftübertragungsgelenk setzt sich aus einem glockenförmigen Gehäuse mit einem darin gelagerten Gelenkzapfen sowie aus einem abgeflachten Gelenkkopf zusammen, der in das Gehäuse eingreift und durch dessen öffnung der Gelenkzapfen geführt ist. Zwischen die Gelenkkopföffnung und den Gelenkzapfen ist eine sich beiderseits nach außen konisch erweiternde elastische Manschette eingeschaltet. Der abgeflachte Gelenkkopf sitzt weiterhin zwischen zwei durch Federn zusammengehaltenen Keilelementen mit zylindrischem Außenumfang, die in einer zum Gelenkzapfen senkrechten Bohrung des glockenförmigen Gehäuses begrenzt schwenkbar gelagert sind.

Das Kraftübertragungsgelenk nach der US-PS 31 64 974 entspricht einem üblichen Kardangelenk mit zwei senkrecht zueinander verlaufenden Gelenkzapfen. Der ,tweite Gelenkzapfen wird von den Keilelementen gebildet, die in der Gehäusebohrung schwenkbar sind. Dieses Kardangelenk besitzt lediglich aufgrund der Verwendung der elastischen Manschette gewisse Dämpfungseigenschaften. Es ist aber völlig ungeeignet, bei einem Unfall im Falle axialer Stöße auf die Lenksäule Stoßenergie zu absorbieren. Die elastische Manschette wird lediglich kurzzeitig elastisch nachgeben und dann versuchen, ihre Ausgangsgestalt wieder einzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Kraftübertragungsgelenk mit einem einzigen Gelenkzapfen zu schaffen, das ein gewisses Stoßabsorbtionsvermögen besitzt und damit passive Sicherheit bietet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem elastischen Kraftübertragungsgelenk nach dem Patentanspruch gelöst

Bei dem erfindungsgemäß realisierten Kraftübertragungsgelenk ist neben der Schwenkbewegung um den

• 5 Gelenkzapfen eine begrenzte Pendelbewegung um eine Achse senkrecht zum Gelenkzapfen durch Verformung der elastischen Blöcke möglich. Aufgrund des zwischen dem Gelenkzapfen und den Ausbauchungen der Lagerschalen vorgesehenen Spiels bleibt die Verformung der elastischen Blöcke und damit die aufzuwendende Kraft in Grenzen. Da andererseits der Gelenkzapfen ständig in Kontakt mit einem Teil der einen Ausbauchung und mit dem diametral gegenüberliegenden Teil der anderen Ausbauchung bleibt, tritt kein nennenswertes Spiel in Richtung der Antriebs- und Abtriebswelle auf.

Von seiner Konzeption her stellt das erfindungsgemäße Gelenk in dem Falle, wo es in die Fahrzeuglenkung eingebaut ist, ein passives Sicherheitselement gegen Aufprall und Stöße dar. Bei einer von der Antriebswelle übertragenen Axialkraft — die Brust des Fahrzeuglenkers wird plötzlich gegen das Lenkrad gedrückt — oder bei einer von der Abtriebswelle übertragenen Axialbeanspruchung — Aufprall des Fahrzeugs — wird der Gelenkzapfen zwischen die Lagerschalen gezwängt. Das Auseinandergehen der Lagerschalen deformiert durch Scher- und Kompressionskräfte die elastischen Blöcke. Diese Deformation absorbiert einen Teil der vom Stoß herrührenden Energie.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungsgelenks,

Fig.2 einen Längsschnitt des in Fig. 1 dargestellten Kraftübertragungsgelenks,

F i g. 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele des elastischen Zwischenelements für ein erfindungsgemäßes Kraftübertragungsgelenk,

F i g. 5 eine Darstellung eines zusammengebauten Gelenks mit einem Schutzbaig,

Fig.6 eine Lenksäule mit zwei erfindungsgemäßen Kraftübertragungsgelenken.

Das Kraftübertragungsgelenk der F i g. 1 und 2 dient zur Kraftübertragung zwischen einer Antriebswelle 1 und einer Abtriebswelle 4. Ein glockenförmiger Support ist formschlüssig mit der Welle 1 verbunden und trägt einen Gelenkzapfen 3. Dieser Zapfen 3 ist gegenüber dem Support 2 feststellbar, er kann aber auch frei um seine Längsachse drehbar angeordnet sein. Der Gelenkzapfen 3 ist in Axialrichtung z. B. mit Hilfe (nicht dargestellter) Sicherungsringe arretiert.

Die Abtriebswelle 4 trägt an einem Ende einen hohlen

•^S5 Gelenkkopf 5 aus Tonnenblech, der das Lager für elastische Blöcke 6 und 6' darstellt. Die Blöcke sind starr durch Verkleben oder einfaches Anhaften mit Lagerschalen 7 und T verbunden, die zwischen sich einen

Schlitz S bilden und je eine Ausbauchung 12 bzw. 12' aufweisen, in denen der Gelenkzapfen 3 gehalten ist In dem Gelenkkopf 5 sind die elastischen Blöcke mechanisch z. B. mittels der Fortsätze 8 und 8', durch Kleben oder durch Haftung festgehalten. Die elastisehen Blöcke sind dabei so vorgespannt, daß sie den Zapfen 3 fest umspannen. Konvexe äußere Profile 11 der Lagerschalen 7 und T führen den Support 2 quer zu den Wellen 1 und 4. Gemäß Fig.4 können die Lagerschalen als eine mit einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten 10 beschichtete Metallschale 9 ausgebildet sein, um ein ausreichendes Gleiten gegenüber dem Zapfen 3 sicherzustellen. Das Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten kann ein Kunststoff, wie z.B. mit Molybdänsulfat chargiertes Polyamid 6x6, ein Acetalharz oder ein feines Polytetrafluoräthylen sein. Es kann auch eine Schmierung der Einheit zum Erhalt des gewünschten Gleiteffekts stattfinden. In diesem Fall wird eine Abdichtung gegen Schmieröl und externen Staub mittels eines Balgs 14 bewerkstelligt, wie F i g. 5 zeigt.

Die Ausbauchungen 12 und 12' sind nicht symmetrisch gegenüber der horizontalen Mittelschnittfläche der F i g. 2. Mindestens eine der Ausbauchungen ist gegenüber dieser Fläche versetzt, ein Spiel zwischen den Höchstpunkten der Ausbauchungen und dem Zapfen ist aber infolge der Verwendung identischer elastischer Blöcke in umgekehrter Ausrichtung ausgeschaltet.

Das beschriebene elastische Gelenk überträgt bei gleichzeitiger Dämpfung von Schwingungen ein Drehmoment zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 4, deren Achsen in einem bestimmten Winkel zueinander stehen. Bei Einwirken eines Drehmoments auf die Antriebswelle 1 versetzt diese über den Support 2 den Zapfen 3 in eine Drehbewegung, die in Richtung der Wellenachse 1 senkrecht zum Zapfen 3 stattfindet. Das Drehmoment wandelt sich damit in eine Kontaktbeanspruchung des Zapfens 3 auf die Stützflächen der Lagersthalen 7 und T um. Diese Kontaktbeanspruchung wird auf den betreffenden elastischen Block 6 oder 6' durch diejenige Fläche der Lagerschale, die ihrer Stützfläche gegenüber liegt, weiter übertragen. Unter dieser Beanspruchung wird der elastische Block zusammengedrückt und er verformt sich, wobei er eine elastische Reaktion hervorruft, durch welche evtl. Schwingungen gedämpft werden. Gleichzeitig wird das Drehmoment über den elastischen Block auf die Innenwandung des Kopfes 5 übertragen.

Um die erforderliche Torsionsfestigkeit zu erhalten, kann man die Dicke der elastischen Blöcke 6 und 6', die Härte des Gummigemischs oder die Vorspannung der Einheit modifizieren.

Aufgrund des geometrischen Winkels zwischen den Wellen 1 und 4 führt der Zapfen 3 bei seiner Drehung verschiedene Bewegungen aus:

— eine erste Drehbewegung um die Achse X der Welle 1;

— eine alternierende Drehbewegung um seine eigene Achse Y, die von der Winkelversetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle herrührt;

— eine alternierende Drehbewegung auch um eine zur Ebene der beiden o.g. Drehachsen senkrechte Achse, die durch einen in Nähe der Mitte / der Ausbauchungen 12 und 12' liegenden Punkt verläuft und ebenfalls von der Winkelversetzung zwischen Antriebsund Abtriebswelle herrührt

Bei jeder vollständigen Drehung der Antriebswelle 1 führt der Zapfen 3 die beiden letztgenannten alternierenden Bewegungen aus, wobei die Ausschlagsamplituden gleich der Winkelversetzung a der Wellen 1 und 4 sind und beidseitig einer Mittelstellung des Zapfens 3 zu verzeichnen sind.

Damit der Zapfen 3 eine alternierende Drehbewegung gemäß der dritten oben angeführten Bewegung ausführen kann, ist der Abstand zwischen den Ausbauchungen 12 und 12' etwas größer als der Durchmesser des Zapfens 3. Es bleibt also ein Restspiel zwischen den Ausbauchungen und dem Zapfen 3. Um jedoch ein Spiel in Richtung der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle zu vermeiden, was ihrer korrekten Relativstellung unzuträglich wäre und Störgeräusche verursachen könnte, werden die beiden elastischen Blöcke in umgekehrter Ausrichtung angebracht. Der Zapfen 3 liegt damit gegen den unteren Teil der Ausbauchung des Blocks 6' und gegen den oberen Teil der Ausbauchung des elastischen Blocks 6 an oder umgekehrt, während er andererseits durch ein Spiel j in einer anderen Richtung als derjenigen der Drehachsen der Antriebs- und Abtriebswelle von den Ausbauchungen getrennt ist.

Bei einer alternierenden Drehung des Zapfens 3 variiert der Abstand L zwischen den Teilen der Ausbauchungen, die mit dem Zapfen in Kontakt sind. Die Variierung des Abstands L bringt eine Relativbewegung der Lagerschalen 7 und T parallel zu ihren gegenüberliegenden Flächen mit sich. Daraus ergibt sich eine Scherbeanspruchung der elastischen Blöcke 6 und 6', die jedoch von nur geringer Amplitude ist, da der elastische Block viel nachgiebiger bei Scherbeanspruchung als bei Komprimierung ist.

Fig.6 zeigt als Beispiel die Montage des Gelenks in der Lenksäule eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden zwei elastische Kraftü'oertragungsgelenke A und B verwendet. Diese Anordnung ermöglicht die Realisierung einer homokinetischen Kraftübertragung zwischen der mit dem Lenkrad V verbundenen Welle 20 und der parallelen Welle 21, die den z. B. ein Antriebsritzel und eine Zahnstange umfassenden Lenkmechanismus steuert.

Die Kraftübertragungsgelenke A und B stellen passive Sicherheitselemente gegen Aufprall und Stöße dar. Bei einer auf die An- oder Abtriebswelle einwirkenden Axialkraft wird der Zapfen 3 zwischen die Lagerschalen 7 und T gezwängt. Das Auseinandergehen der Lagerschalen deformiert durch Scher- und Kompressionskräfte die elastischen Blöcke 6 und 6'. Diese Deformation absorbiert zumindest teilweise die vom Stoß herrührende Energie.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elastisches Kraftübertragungsgelenk zum Einfügen zwischen eine Antriebs- und eine Abtriebswelle, bestehend aus einem mit einer der Wellen kraftschlüssig verbundenen gabelförmigen Gelenkzapfensupport und aus einem mit der anderen Welle verbundenen Gelenkkopf mit einem vorgespannten elastischen Zwischenelement, durch das der Gelenkzapfen hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement aus zwei elastischen Blöcken (6, 6') besteht, die starr mit Lagerschalen (7, T) verbunden sind, die zwischen sich einen Schlitz (3ζ)bilden und je eine Ausbauchung (12, 12') aufweisen, welche die Durchgangsöffnung des Gelenkzapfens (3) umgrenzen und einerseits diagonal entgegengesetzt an dem Gelenkzapfen angreifen und andererseits von dem Gelenkzapfen durch ein Spiel (J) in einer anderen Richtung als derjenigen der Drehachsen der Antriebs- und Abtriebswelle (1,4) getrennt sind.