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Titel: Elastische Gestängekupplung, insbesondere
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für Schaltgestänge an Kraftfahrzeugen
Beschreibung
Elastische Gestängekupplung, insbesondere für Schaltgestänge an Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine elastische Gestängekupplung, insbesondere für Schaltgestänge
an Kraftfahrzeugen, mit zwei Kupp-Gungsteilen, zwischen dcnen ein Elastomer Verschiebungen
längs einer Gestängeaehse Sowie Beugungen ermöglicht.
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Gestängekupplungen dieser Gattung sind vorallem für Schaltgestänge
an Kraftfahrzeugen mit vorne querliegendem Motor vorgesehen. An solchen Motoren
samt zugehörigem Getriebe treten im Betrieb Schwingungen um eine quer zur Fahrtrichtung
verlaufende Achse auf. Die elastische Gestängekupplung soll verhindern, daß diese
Schwingungen über das Schaltgestänge auf den Schaltknüppel o'7ifr-hchcl übertragen
worden; deshalb muß die Gestängekupplung begrenzte axiale Relativbewegungen der
durch sie miteinander verbundenen Gestängeglieder ermöglichen. Da diese Gestängeglieder
zumindest in bestimmten Schaltstellungen des Getriebes nicht genau miteinander fluchten,
muß die Gestängekupplung außerdem Beugungen der Gestängeglieder um zumindest eine
querliegende Achse ermöglichen. Zugleich muß die Gestängekupplung
aber
verhältnismäßig torsionssteif, also zur Ubertragung von Drehmomenten in bezug auf
die Gestängeachse imstande sein. Wenn hier von Gestängeachse die Rede ist, so ist
damit die Längsachse eines der beiden durch die Gestängekupplung miteinander verbundenen
Gestängeglieder gemeint, mit der die Achse des anderen Gestängegliedes entweder
fluchtet oder je nach Beugung der Gestängekupplung einen Winkel in der Größenordnung
von im allgemeinen nicht mehr als 10 bis 200 einschließt.
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Bei einer bekannten Gestängekupplung der eingangs beschriebenen Gattung
ist ein Elastomerkörper drehbar auf einem sich quer zur Gestängeachse erstreckenden,
zu dem einen Kupplungsteil gehörigen Bolzen gelagert und in dem anderen Kupplungsteil
längs der Gestängeachse zwischen Anschlägen verschiebbar geführt. Bei der axialen
Verschiebung des Elastomerkörpers müssen Reibungswiderstände überwunden werden,
deren Größe von velsc}litXdencsn Bedinyungen wie Temperatur, Alter und Schmierung
des El<nstonrkörpers abhängen und sich deshalb im Laufe der Zeit stark verändern
können; außerdem muß bei jeder einzelnen, mit einer axialen Relativbewegung der
Gestängeglieder verbundenen Betätigung des Gestänges zunächst eine hohe Reibung
überwunden werden, ehe der Elastomerkörper zu gleiten beginnt; infolgedessen begegnet
jede solche Betätigung einem zunächst großen und dann abnehmenden Widerstand und
wird dann abrupt unterbrochen, wenn der Elastomerkörper gegen einen der ihm zuqcordneten
Anschläge stößt. Dadurch wird eine gcfühlvolle LtetStigung des ct,stänycs und eines
mit ihm verbundenen Schaltgetriebes erschwert. Außerdem verschlechtert die Ruhereibung
die angestrebte Schwingungsentkopplung, so daß Schwingungen in erheblichem Maß zwischen
den Gestängegliedern übertragen werden, und somit beispielsweise von einem Schaltgetriebe
auf einen durch die bekannte Gestängekupplung mit ihm verbundenen Schaltknüppel.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elastische
Gestängekupplung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß sie
einerseits eine gefühlvolle Betätigung des
Gestänges erleichtert
und andererseits die Schwingungsentkopplung zwischen den durch die Gestängekupplung
miteinander verbundenen Gestängegliedern verbessert.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, cß die beiden Kupplungsteile
Wälzflächen aufweisen, von denen wenigstens eine, in einem die Gestängeachse enthaltenden
Schnitt betrachtet, konkav gestaltet ist, daß an diesen Wälzflächen wenigstens ein
Wälzkörper um eine sich quer zur Gestängeachse erstreckende Wälzachse abwälzbar
ist, und daß die Wälzfläche wenigstens eines der Kupplungsteile oder Wälzkörper
von einem Elastomer gebildet ist.
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Der zwischen den Wälzflächen angeordnete wenigstens eine Wälzkörper
ermöglicht es den beiden Kupplungsteilen, aus einer Ruhestellung nahezu unmerklich
in den Zustand einer axialen Relativbewegung überzugehen; diese Relativbewegung
ruft jedoch eine allm-ihlich zunehmende axiale Rückstellkraft hervor, da das Elastomer
wegen der konkaven Gestaltung wenigstens einer der Wälzflächen umso mehr verformt
wird, je weiter die Kupplungsteile aus einer Ruhestellung ausgelenkt werden. In
entsprechender Weise entstehen elastische Rückstellkräfte auch dann, wenn die Kupplungsteile
um eine zur Wälzachse parallele oder mit ihr zusammenfallenden Achse gebeugt werden.
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Vorzugsweise sind die den Kupplungsteilen zugeordneten Wälzflächen
an je einem Elastomerkörper ausgebildet und der bzw. jeder Wälzkörper ist im Vergleich
zu den Elastomerkörpern starr. Dadurch läßt sich die Verformung jedes einzelnen
Elastomerkörpers im Verhältnis zur insgesamt erreichbaren Axialverschiebung und/oder
Beugung der beiden Kupplungsteile in bezug zueinander gering halten, was der Lebensdauer
der Elastomerkörper zugute kommt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das eine
Kupplungsteil ein Gehäuse auf, welches das zweite Kupplungsteil sowie zwei oder
mehrere in bezug auf dieses symmetrisch angeordnete Wälzkörper umschließt. Beispielsweise
können
beide Kupplungsteile vollständig oder weitgehend rotationssymmetrisch gestaltet
sein.
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Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Weiterbildung der zuletzt beschriebenen
Ausführungsform, bei der das zweite Kupplungsteil eine Platte aufweist, die den
Innenraum des Gehäuses in zwei Hälften unterteilt, und beiderseits dieses zweiten
Kupplungsteils je ein rollenförmiger Wälzkörper angeordnet ist. Diese weitergebildete
Ausbildungsform der Gestängekupplung ist einfach herstellbar und zur Übertragung
von Drehmomenten besonders geeignet.
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Bei der zuletzt beschriebenen Weiterbildung sind zweckmäßierweise
am Gehäuse und an der Platte je zwei Elastomerkörper befestigt, insbesondere anvulkanisiert.
Dabei können die beiden rollenförmigen Wälzkörper an ihren beiden Enden je einen
Flansch aufweisen, der zusammen mit dem Gehäuse und der Platte Relativdrehungen
der beiden Kupplungsteile um die Gestängeachse begrenzt. Diese Begrenzung kann soweit
gehen, daß Relativdrehungen der beiden Kupplungsteile in bezug einander so gut wie
ausgeschlossen sind; zweckmäßigerweise besteht jedoch zwischen jedem Flansch und
dem Gehäuse einerseits sowie der Platte andererseits zumindest ein kleines Spiel,
damit diese relativ starren Bauteile einander zumindest im unbelasteten Zustand
der Gestängekupplung nicht unmittelbar berührten und somit nicht imstlnde sind,
SchwinuncJn zu iil)X-{-ra.lfnl.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von
Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt: Fig.1 eine schematische Seitenansicht
des vorderen Teils eines Kraftfahrzeugs mit Frontantrieb und einer erfindungsgemäßen
Gestängekupplung, Fig.2 eine vergrößerte Seitenansicht der zur Hälfte längs der
Linie II-II in Fig.4 aufgeschnittenen Gestängekupplung,
Fig.3 den
Querschnitt III-III in Fig.2 und Fig.4 den Längsschnitt IV-IV in Fig.2.
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Das inFig.1 teilweise dargestellte Kraftfahrzeug hat einen Frontantrieb
mit querliegendem Motor 10 samt angebautem Schaltgetriebe 12, das durch ein Schaltgestänge
14 mit einem Schaltknüppel 16 verbunden ist. Das Schaltgestänge 14 enthält eine
Gestängekupplung 18, die in Fig.2 bis 4 im einzelnen dargestellt ist.
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Zur Gestängekupplung 18 yehört ein erstes Kupplungsteil 20 mit einem
Gehäuse 22, das an einem ersten Gestängeglied 24 des Schaltgestänges 14 befestigt,
beispielsweise angeschweißt ist. Die Längsachse des Gestängegliedes 24 wird im folgenden
als Gestängeachse A bezeichnet. Im Gehäuse 22 sind zwei im wesentlichen plattenförmige
Elastomerkörper 26 befestigt, die zueinander und zur Gestängeachse A parallel angeordnet
sind und an ihren einander zugewandten Seiten je eine Wälzfläche 28 aufweisen. Die
Wälzflächen 28 sind gemäß Fig.2,in einem die Gestängeachse A enthaltenden Längsschnitt
betrachtet, konkav gestaltet.
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Zur Gestängekupplung 18 gehört ferner ein zweites Kupplungsteil 30
mit einer Platte 32, die an einem zweiten Gestängeglied 34 befestigt oder mit ihm
einstückig ausgebildet ist. In der abgebildeten neutralen Stellung der Gestängekupplung
18 fällt die Längsachse des zweiten Gestängegliedes 34 mit der Gestängeachse A zusammen
und die Platte 32 liegt parallel zu den Elastomerkörpern 26 in der Mitte zwischen
diesen. An den beiden Flächen der Platte 32, die je einem Elastomerkörper 26 zugewandt
sind, ist je ein Elastomerkörper 36 befestigt, beispielsweise anvulkanisiert.
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Die beiden Elastomerkörper 36 haben je eine Wälzfläche 38, die je
einer der Wälzflächen 28 zugewandt und wie diese gemäß Fig.2 in einem die Gestängeachse
A enthaltenen Schnitt betrachtet konkav gestaltet sind.
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Zwischen den beiden Paaren einander zugewandter Wälzflächen 28 und
38 ist je ein Wälzkörper 40 angeordnet, der in seinem Hauptteil kreiszylindrisch
gestaltet ist und an seinen beiden Enden je einen kreisrunden Flansch 42 aufweist.
Mindestens ein Flansch 42 jedes Wälzkörpers 40 ist aus Montagegründen zweckmäßigerweise
nachträglich angefügt und beispielsweise durch eine Schnappverbindung oder durch
Kleben mit dem Hauptteil des betreffenden Wälzkörpers 40 fest verbunden. Die Achse
jedes Wälzkörpers 40, die im folgenden als Wälzachse W bezeichnet wird, erstreckt
sich in der abgebildeten neutralen Stellung der Gstängekupplung 18 im rechten Winkel
und im Abstand zur Gestängeachse A; mit anderen Worten kreuzt jede Wälzachse W die
Gestängeachse A, und die beiden Wälzachsen W sind parallel und in bezug auf die
Gestängeachse A symmetrisch angeordnet.
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Das Gehäuse 22 ist im dargestellten Beispiel aus einem ebenen Blechstreifen
hergestellt, der zu einem Quadrat gebogen ist und dessen beide Enden miteinander
verschweißt und/oder durch ihre Befestigung am ersten Gestängeglied 24 zusammengehalten
sind.
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Somit weist das Gehäuse 22 zwei offene Seiten auf sowie zwei zueinander
und zur Gestängeachse A parallele Seitenwände 44 und zwei zueinander parallele,
zur Gestängeachse A jedoch normale Stirnwände 46. Die beiden Stirnwände 46 weisen
an ihrer Innenseite je eine Elastomerbeschichtung 48 auf, die dünner als die Elastomerkörper
26 bemessen und mit diesen einstückig ausgebildet und in das Gehäuse 22 einvulkanisiert
ist. In der einen, in Fig.2 und 4 oberen Stirnwand 46 und (ler zt zllychurigcn Elastomerbeschichtung
48 ist eine kreisrunde Aussparung 50 ausgebildet, durch die sich das zweite Gestängeglied
34 mit erheblichem radialen Spiel hindurcherstreckt.
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Die beiden Kupplungsteile 20 und 30 lassen sich in bezug zueinander
längs der Gestängeachse A verschieben und um eine gedachte Zentralachse Z beugen,
die sich in jeder denkbaren
Stellung der Gestängekupplung 18 zumindest
annähernd in der Mitte zwischen den beiden Wälzachsen W und parallel zu diesen erstreckt.
Jeder der somit möglichen Auslenkungen der beiden Kupplungsteile 20 und 30 aus der
gezeichneten neutralen Stellung setzen die Elastomerkörper 26 und 36 eine elastische
Rückstellkraft entgegen, die umso größer wird, je stärker die Wälzkörper 40, indem
sie sich auf den Wälzflächen 28 und 38 abwälzen, die Elastomerkörper 26 und 36 zusammendrücken.
Die Elastomerkörper 26 und 36 werden dabei im wesentlichen auf Druck in radialer
Richtung der Wälzkörper 40 beansprucht und ihr auf diese Weise verdrängtes Volumen
weicht vornehmlich näch den offenen Seiten des Gehäuses 22 aus. Scherbeanspruchungen
der Elastomerkörper 26 und 36 treten nur in verhältnismäßig geringem, für deren
Lebensdauer jedenfalls unschädlichem Ausmaß auf.
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Die erwähnten geradlinigen Relativbewegungen der Kupplungsteile 20
und 30 längs der Gestängeachse A werden dadurch begrenzt, daß die Platte 32 samt
den daran befestigten Elastomerkörpern 36 schließlich gegen die Elastomerbeschichtung
48 an der einen oder anderen Stirnwand 46 stößt. Es ist jedoch von wesentlicher
Bedeutung, daß bis dahin die durch Verformung der Elastomerkörper 26 und 36 entstandenen
elastischen Rückstellkräfte schon eine spürbare Größe angenommen haben. Die dargestellte
Gestängekupplung 18 hat sowohl bei axialen Auslenkungen aus ihrer neutralen Stellung
wie bei Beugungen eine zunächst flach und dann progressiv ansteigende Kraft-Weg-Kennlinie.
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Neben den erwähnten axialen Bewegungen der beiden Kupplungsteile 20
und 30 in bezug zueinander und neben deren Beugungen um die Zentralachse Z sind,
wenn auch in geringerem Maß Beugungen um eine die beiden Wälzachsen W schneidende
Querachse Q möglich. Bei solchen Beugungen stellen sich die Wälzkörper 40 in bezug
aiif die Elastomerkörper 26 und 36 schräg, wobei diese sowohl durch den Hauptteil
wie durch die beiden Flansche 42 jedes Wälzkörpers 40 verformt werden und entsprechende
elastische Rückstellkräfte ausüben.
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Die Flansche 42 der Wälzkörper 40 können fortgelassen werden; in diesem
Fall ermöglicht die Gestängekupplung 18 auch begrenzte Relativdrehungen der Gestängeglieder
24 und 34 um die Gestängeachse A, wobei die Elastomerkörper 26 und 36 sich ebenfalls
verformen und mit zunehmendem Verdrehwinkel zunehmende Rückstellmomente erzeugen.
Wenn jedoch die Flansche 42 vorhanden sind und, wie dargestellt, einen Durchmesser
haben, der fast so groß ist wie der Abstand zwischen der Platte 32 und jeder der
Seitenwände 44, dann ist die Gestängekupplung 18 torsionsstarr, da die Flansche
42 sich jeder Verdl~ellune3 der Gestängeglieder 24 und 34 in bezug zueinander widersetzen.