DE2707890B2 - Koppelring.-Kardangelenk - Google Patents

Description

gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgeiriäßen Koppelring-Kardangelenkes;

F i g. 2 eine Frontansicht dieses Gelenkes;

F i g. 3 eine Längsschnittansicht längs der Ebene III-IIIinFig.1;

Fig.4 eine Seitenansicht einer der Gabeln des Kardangelenks mit den im Längsschnitt dargestellten inneren Lagerringen;

Fig.5 das Kardangelenk hauptsächlich in Querschnittansicht längs der Ebene V-V in F i g. 1;

Fig.6 eine Längsschnittansicht längs der Ebene VI-Vl in Fig.2;

F i g. 7 im Querschnitt einen inneren Lagerring längs der Ebene VII-VII in Fig.4;

F i g. 8 in größerem Maßstab und in Schnittansicht, die ?i> Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Lagerung eines Zapfens im Koppelring;

Fig.9 eine Draufsicht in axialer Richtung in größerem Maßstab auf den in den F i g. 3—8 gezeigten inneren Lagerring.

Das in den Zeichnungen dargestellte Koppelring-Kardangelenk weist zwei Gelenkgabeln 1 auf, von denen jede mit zwei nach außen gerichtete Zapfen 2 und zur festen Verbindung mit einem Wellenabschnitt 3 einer Übertragungswelle mit einem Anschlußstück 4 jo versehen ist. Jeder Zapfen ist von einem inneren Lagerring 5 umgeben, wobei ein gegenüber dem innere:¹! Lagerring unter Zwischenschaltung mindestens eines reibungsvermindernden Körpers 6 drehbarer, in einer Aufnahme 7 des Koppelringes 8 angeordneter äußerer Lagerring 9 konzentrisch zum inneren Lagerring angeordnet ist.

Der reibungsvermindernde Körper kann beispielsweise aus einem Rollkörpersatz oder einer selbstschmierenden Buchse bestehen. AQ

Erfindungsgemäß besteht der innere Lagerring 5 aus einem dünnwandigen harten elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus Federmetall.

Dieser Lagerring weist mindestens ein axial über das freie Ende 10 des Zapfens 2 vorstehendes, in Zapfenrichtung elastisch nachgiebiges, sich an einem zumindest teilweise geschlossenen Boden 11 des äußeren Lagerringes 9 abstützendes kappenförmiges Teil 12 und mindestens einen Axialanschlag 13 auf, der die Schwingbewegung des inneren Lagerringes in Zapfenrichtung gegenüber dem äußeren Lagerring 9 begrenzt.

Die sich am Boden 11 abstützenden Auflagestellen 14 des elastisch nachgiebigen kappenförmigen Teiles 12 sind punkt- und/oder linienförmig, um die Kontaktreibung zwischen dem Teil 12 und dem Boden 11 zu begrenzen.

Das kappenförmige Teil ist konvex und/oder konkav und kann ein spitzbogenförmiges Profil aufweisen oder pyramidenstumpfförmig sein. Es kann ebenfalls eiförmig sein und beispielsweise eine Kugel-, Ellipsoid- oder Paraboloidkappe bilden.

Wie es die Fig.3—6, 8 und 9 zeigen, sind im kappenförmigen Teil 12, zwischen den punkt- und/oder linienförmigen Auflagestellen 14, Ausschnitte oder freie ti ι Durchlässe 15 derart vorgesehen, daß die in Zapfenrichtung elastisch nachgiebigen Teile 12 des inneren Lagerringes 5 vorteilhaft zungenförmig ausgebildet sind. Wenn in Zapfennähe «in Vorratsraum 16 für Schmiermittel vorgesehen ist, erlauben die Durchlässe 15 einen freien Zufluß des Schmiermittels zu den reibungsvermindernden Körpern 6.

Gemäß der in Fig.3—6, 8 und 9 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung, können die Axialanschläge aus von den elastischen Zungen 12 verschiedenen Zungen 13 bestehen, die ebenfalls axial über das freie Ende 10 des Zapfens 2 vorstehen und mit dem Boden 11 des äußeren Lagerringes 9 zusammenwirken, um auf diese Weise den axialen Schwingungsausschlag zwischen dem inneren und dem äußeren Lagerring zu begrenzen.

Wenn das elastisch nachgiebige kappenförmige Teil 12 ein sich am Boden 11 des äußeren Lagerringes abstützendes konvexes Teil und ein konkaves Teil aufweist, welches sich wegen seiner konkaven Form zwangsläufig näher am Zapfenende 10 befindet, wie es in den Fig.3, 5 und 8 dargestellt ist, kann beim Schwingen der elastisch nachgiebige Teil nur soweit auf das Zapfenende 10 zu elastisch durch den Boden 11 eingedrückt werden, bis das konkave Teil gegen dieses Zapfenende in Anschlag kommt. In diesem Fall besteht also der Axialanschlag aus dem konkaven Teil, der somit mit den Zapfenenden zusammenwirkt.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung erlaubt es neben der Abdämpfung von in Zapfenrichtung wirkenden axialen Schwingungen gleichzeitig eine Glättung von zur Zapfenrichtung radial wirkenden Schwingungen.

Zu diesem Zweck weist der innere Lagerring 5 in seiner Wandung geformte, in radialer Richtung elastisch nachgiebige Abschnitte 17 auf, die sich unter Zwischenschaltung des reibungsvermindernden Körpers 6 an dem äußeren Lagerring 9 abstützen. Weiterhin ist zur Begrenzung der radialen Schwingbewegung des Zapfens 2 gegenüber dem inneren Lagerring 5 mindestens ein mit diesem einstückiger Radialanschlag vorgesehen, der mit dem Zapfen zusammenwirkt.

Gemäß dem in F i g. 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel, weist der innere Lagerring 5 eine im wesentlichen pristmatische Form auf, dessen Querschnitt ein regelmäßiges Vieleck mit abgerundeten Ecken bildet, bei dem die Senkrechte vom Mittelpunkt auf die Seite des Vielecks vor dem Aufpressen des Lagerringes auf seinem Zapfen 5 kleiner ist als der Radius des Zapfens, wobei die den in etwa Kreisbogenförmig abgerundeten Ecken entsprechenden Flächen die in zur Zapfenrichtung radialen Richtungen elastische Abschnitte 17 bilden. Die abgerundeten Ecken sind vorzugsweise Kreisbogen, deren Radien größer sind als der Zapfenhalbmesser.

Durch elastische Verformung bei seinem Aufsetzen auf den Zapfen nimmt der innere Lagerring 5 seine korrekte Lage ein, ohne ein genaues Einpassen zu fordern. Der innere Lagerring 5 tendiert hierbei zu einer Zylinderform, ohne sie notwendigerweise zu erreichen, wobei auf seiner Außenfläche die abgerundeten Ecken noch schwach vorspringende wulstförmige Abschnitte 17 bilden.

Der unter elastischer Verformung auf den Zapfen gedruckte innere Lagerring 5 bildet einen Schrumpfring, der in axialer Richtung fest auf den Zapfen sitzt, diesen verstärkt und versteift. Auf diese Weise kann bei gegenüber bekannten Kardangelenken unveränderten Abmessungen das erfindungsgemäße Kardangelenk höhere Momente übertragen. Die geringe Stärke und die erhebliche Oberflächenhärte des inneren Lagerrin-

ges, die für den Umlauf der reibungsvermindernden Körper 6 des Lagers unentbehrlich sind, erlaubt durch das Aufschrumpfen auf einen einstückig mit der Gelenkgabel 1 verbundenen Zapfen 2, im Gegensatz zu den bekannten Kardangelenken, eine billige Großse- ^r> rienproduktion von Gelenkgabel-Zapfen-Einheiten. Diese billige Herstellung ist deshalb möglich, weil hierzu gut bearbeitbare Werkstoffe mit verhältnismäßig groben Fabrikationstoleranzen ohne langdauernde und schwierige Wärmebehandlungen verwendet werden können. Bei Weglassen dieser Wärmebehandlungen entfallen nämlich die Bearbeitungsvorgänge zum Ausgleichen der durch solche Behandlungen verursachten Verformungen und geometrischen Ungenauigkeiten der Gelenk-Zapfen-Einheiten. ι ^r,

Die schon erwähnten an der Außenfläche des inneren Lagerringes schwach vorspringenden Wülste 17 gewährleisten eine Verringerung des Lagerspiels und üben einen Druck auf die beweglichen reibungsvermindernden Körper 6 aus. Insbesondere bei Verwendung von Wälzkörpern verhindert diese ständige Vorbelastung Knattern und ganz allgemein Geräusche, sowie auf den Laufbahnen der Lagerringe auftretende Hämmerungserscheinungen, Welligkeiten, Rillen und Riefen, die andernfalls durch das Spiel der Wälzkörper der Lager des in Schwingung geratenen Kardangelenkes hervorgerufen würden.

Wie es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig.3, 4, 5 und 8 dargestellt worden ist, können die Radialanschläge aus im Inneren der inneren Lagerringe jo 5 geformte Vorsprünge 18 bestehen, die zur Begrenzung der radialen Schwingungen mit radialem Spiel in eine im Zapfen 2 vorgesehene Nut 19 eingreifen.

Fig. 8 und 9 zeigen noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Radialanschläge, die zusätzlich zu den oben J5 beschriebenen Radialanschlägen 18 oder allein vorgesehen werden können. Diese Radialanschläge bestehen aus im Inneren des kappenförmigen Teils 12 geformte Vorsprünge 20, die mit radialem Spiel in eine im Zapfenende 10 eine Ringschulter bildende Nut 21 eingreifen.

Zum Verstärken des axialen Zusammenhalts des Zapfens 2 und des auf ihm aufgeschrumpften inneren Lagerringes 7, können die in die Nut 19 eingreifenden Vorsprünge 18 zusätzlich eine in Zapfenrichtung wirkende, formschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen 2 und 5 bilden.

Selbstverständlich und insbesondere wenn der Radius der durch die abgerundeten Ecken gebildeten elastischen Wülste 17 größer als der Zapfenhalbmesser ist, so kann auch der innere Boden jedes Wulstes 17 einen in diesem Fall mit dem Zapfen zusammenwirkenden Radialanschlag bilden.

Zur Abdichtung eines ein Schmiermittel enthaltenen Lagers 5,6,9, kann der innere Lagerring 5 an seinem der Gelenkgabel 1 am nächsten liegenden Ende einen Bund 31 aufweisen, auf dem eine elastische Dichtung 32 angebracht ist, die abdichtend gegen die Umfangfläche 26 des äußeren Lagerrings 9 anliegt (F i g. 3,4,5 und 8).

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß ein starrer Spannring 22, vorzugsweise aus Metall, den Umfang des Koppelringes 8 umgibt, und daß zur Glättung in Bezug auf die Zapfenachse axial und radial gerichtete Schwingungen deren Frequenz von derjenigen der von den elastisch nachgiebigen Teilen 12 und Abschnitten 17 der inneren Lagerringe 5 aus harten' Werkstoff geglätteten Schwingungen verschieden ist gummielastische Teile 23 zwischen den äußerer Lagerringen 9 einerseits und dem Spannring 22 bzw dem Koppelring 8 andererseits zwischengeschaltet sind Zur Glättung der axialen Schwingungen überdeckt jedes gummieelastische Teil 23 derart mit seinen" Endteil 24 mindestens teilweise den Boden 11 de: äußeren Lagerringes 9, daß es zwischen diesem Boder und dem Spannring 22 liegt. Zur Glättung der radialer Schwingungen umgibt jedes gummielastische Teil 23 mit seinem muffenartigen Teil 25 mindestens teilweise derart die Umfangfläche 26 des äußeren Lagerringes 9 daß es zwischen dem Koppelring 8 und diesel Umfangfläche 26 liegt (F i g. 2,3 und 5-8).

Wie bei den elastisch nachgiebigen Teilen 12 unc Abschnitten 17 des inneren Lagerringes 5, können die axialen und radialen Schwingungen der gummielasti sehen Teile 23 durch Anschläge begrenzt werden.

So kann jeder gummielastische Teil 23 zu seinei Halterung und Schwingungsbegrenzung mit einem ir eine Aufnahme bzw. Aussparung 7 des Koppelringes f eingepreßtes, zum äußeren Lagerring 9 koaxialenRing 27 aus hartem Werkstoff, beispielsweise Metall versehen sein, der mindestens einen zur Zapfenachsc gerichteten und mit der Umfangfläche 26 des äußerer Lagerringes 9 zur radialen Schwingungsbegrenzung zusammenwirkenden Radialanschlag 28 aufweist.

Das der Kardangelenkmitte abgewandte Ende dei koaxialen Ringe 27 können weiterhin Axialschwin gungsbegrenzungsanschläge 29 bilden, die mit dei Innenseite des Spannringes 22 zusammenwirker (F ig. 3,5 und 8).

Die Begrenzung der axialen Schwingungen kanr ebenfalls dadurch erreicht werden, daß der Spannring 22 vier Eintiefungen 30 aufweist, die innerhalb de: Spannringes hervortreten und von denen jede einen mii dem Boden 11 des äußeren Lagerringes 9 zusammenwirkenden Axialanlag bildet.

Das elastische, federnde Koppelring-Kardangelenk mit begrenzter Schwingmöglichkeit kann jedesma eingesetzt werden, wenn die treibende Übertragungswelle oder das treibende Übertragungsorgan auf die angetriebene Übertragungswelle oder das angetriebene Übertragungsorgan keine Schwingungen oder Stöße erzeugen oder übertragen dürfen, insbesondere wenr gleiche oder schwach zunehmende Kräfte beirr Drehantrieb der antreibenden Welle oder des antreibenden Organs erhalten werden müssen.

Das erfindungsgemäße Kardangelenk kann vorteilhafterweise das bekannte Kardangelenk bei Fernsteuerungen wegen seines bei höherer Leistung verminderten Platzbedarfs, wegen des Fehlens störender Reibungsmomente in den umlaufenden Elementen dei Lager und daher wegen seiner besseren Leistung ersetzen.

Besonders günstige Anwendungsmöglichkeiten erge ben sich bei Laboratoriumsgeräten und -maschinen, be Industriegeräten und -maschinen und bei Haushaltsge raten.

Eine sehr vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit füi das erfindungsgemäße Kardangelenk ergibt sich bei der Lenkorganen von Kraftfahrzeugen und anderen Fahr zeugen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Koppeiring-Kardangelenk mit zwei Gelenkgabeln, von denen jede mit zwei nach außen gerichteten Zapfen versehen ist, mit je einem den Zapfen umgebenden inneren Lagerring und einem konzentrisch hierzu angeordneten, gegenüber dem inneren Lagerring unter Zwischenschaltung mindestens eines reibungsvermindernden Körpers drehbaren, in einer Aufnahme des Koppelringes angeordneten äußeren Lagerring und mit elastischen Elementen, insbesondere zwischen äußerem Lagerring und der Aufnahme des Koppelringes angeordneten gummielastischen Elementen, die dem Zapfen gegenüber dem Koppelring eine im bezug auf seine Achse axiale und/oder radiale Bewegung ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring (5) aus dünnwandigem Federstahl besteht, mindestens ein axial über das freie Ende (10) des Zapfens (2) vorstehendes, in Zapfenrichtung elastisch nachgiebiges, sich an einem zumindest teilweise geschlossenen Boden (11) des äußeren Lagerringes (9) abstützendes Teil (12, 14) und mindestens einen Axialanschlag (13) aufweist, der die Schwingbewegung des inneren Lagerringes in Zapfenrichtung gegenüber dem äußeren Lagerring begrenzt.

2. Koppelring-Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Zapfenrichtung elastisch nachgiebigen Teile (12) des inneren Lagerringes (5) zungenförmig ausgebildet sind.

3. Koppelring-Kardangelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring (5) aus seiner Wandung geformte, in radialer Richtung elastisch nachgiebige Abschnitte (17) aufweist, die sich unter Zwischenschaltung des reibungsvermindernden Körpers (6) an dem äußeren Lagerring (9) abstützen, und daß zur Begrenzung der radialen Schwingbewegung des Zapfens (2) gegenüber dem inneren Lagerring mindestens ein mit diesem einstückiger Radialanschlag (18 bzw. 20) vorgesehen ist, der mit dem Zapfen zusammenwirkt.

4. Koppelring-Kardangelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Lagerring (5) eine im wesentlichen prismatische Form aufweist, dessen Querschnitt ein regelmäßiges Vieleck mit abgerundeten Ecken bildet, bei dem die Senkrechte vom Mittelpunkt auf die Seite des Vielecks vor dem Aufpressen des Lagerringes auf seinem Zapfen (2) kleiner ist als der Radius des Zapfens, wobei die den in etwa kreisbogenförmig abgerundeten Ecken entsprechenden Flächen die in zur Zapfenrichtung radialen Richtungen elastischen Abschnitte (17) bilden (F ig. 7 bis 9).

5. Koppelring-Kardangelenk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialanschläge aus im Inneren des inneren Lagerringes (5) geformten Vorsprüngen (18 bzw. 20) bestehen, die zur Begrenzung der radialen Schwingungen mit radialem Spiel in eine im Zapfen (2) vorgesehene Nut (19 bzw. 21) eingreifen (F i g. 8).

6. Koppelring-Kardangelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Nut (19) eingreifenden Vorsprünge (18) zusätzlich eine in Zapfenrichtung wirkende, formschlüssige Verbindung zwischen dem inneren Lagerring (5) und dem Zapfen bilden (F i g. 3,4,5 und 8).

Die Erfindung betrifft ein Koppelring-Kardangelenk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Koppelring-Kardangelenk ist im wesentlichen aus der britischen Patentschrift Nr. 5 74 556 bekannt. Bei dem in dieser GB-PS 5 74 556 beschriebenen Koppelring-Kardangelenk ist jeder Zapfen in einem aus zwei Rollbahnkörpern und Rollkörpern bestehendes Wälzlager gelagert, welches unter Zwischenschaltung eines mit einer Innen- und Außenhülse versehenen Gummiringes in eine entsprechende Aufnahme des Koppelringes eingesetzt ist. Ein solches Gelenk gewährleistet nur das Abdämpfen der beim Umlauf der beiden durch das Gelenk verbundenen Wellenabschnitte durch wechselnde Beanspruchung, durch Auftreten plötzlicher Beanspruchungsspitzen oder durch erhöhte Drehmomente verursachten Kräfte. Es ist nicht dazu geeignet, sich in Zapfenrichtung auswirkende Schwingungen abzudämpfen oder zu glätten, wenn ein Ende der Gelenkwelle Schwingungen ausgesetzt ist, die über diese Welle übertragen werden und gegebenenfalls in den Wellenabschnitten, Gelenken, Wellenlagern und Wellenlagerträgern schädliche Resonanzerscheinungen hervorrufen können. Darüberhinaus ei !äubt der beschriebene Gummiring ein freies Mitschwingen, welches bei bestimmten Schwingungsfrequenzen durch Aufschaukeln zu Beschädigungen des Gelenkes führen kann.

Desweiteren ist durch die französische Patentschrift Nr. 22 31261 ein Verfahren bekannt, welches ein leichtes Zentrieren des Zapfenkreuzes eines Kreuzgelenkes zum Ziel hat, ohne eine Präsisionsbearbeitung der Zapfenenden zu benötigen. Gemäß diesem Verfahren ist zwischen der äußeren Laufringkappe des den Zapfen umgebenden Lagers und jedem Zapfenende eine Federscheibe vorgesehen, die sich nach Zusammenbau des Kreuzgelenkes schwach durchbiegt und auf diese Weise das Zapfenkreuz in eine gut zentrierte Lage festsetzt. Eine elastische Dämpfung von Schwingungen ist durch eine solche verhältnismäßig starre Scheibe weder vorgesehen noch zufriedenstellend möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koppelring-Kardangelenk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem, platzsparendem Aufbau die Übertragung der von außen auf das Gelenk einwirkenden Vibrationen dämpft.

Das erfindungsgemäße Koppelring-Kardangelenk baut besonders platzsparend und ist sehr einfach im Aufbau. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der innere, aus Federstahl bestehende, Lagerring gleichzeitig mehrere Funktionen erfüllt. Er dient als elastisches Element zur Dämpfung mindestens von in Zapfenrichtung wirkenden Schwingungen. Gleichzeitig dient er auch als Anschlag und vermeidet somit Resonanz- oder Mitschwingerscheinungen. Ferner bildet er die innere Lauffläche für reibungsvermindernde Körper, wie z. B. Nadeln oder Rollen, so daß der Zapfen der Gelenkgabel nicht gehärtet zu werden braucht oder ein gesonderter gehärteter Lagerring vorgesehen sein müßte. Wegen

der einfachen, platzsparenden und die Übertragung von Vibrationen vermeidenden Bauweise, ist das erfindungsgemäße Koppelring-Kardangelenk besonders für Steuer- oder Antriebswellen von Maschinen geeignet, in denen Vibrationen erzeugt werden, z. B. Werkzeugma-

^b5 schinen. Ein spezielles Anwendungsgebiet sind ferner die Lenksäulen von Kraftfahrzeugen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale