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Antriebswelle mit Universalgelenk, insbesondere für den Lenkräderantrieb
von Kraftfahrzeugen l)ie Erfindung bezieht sich auf eine Antriebswelle, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, bei der zwischen einem treibenden und einem getriebenen, aufeinander
zulaufenden Wellenteil ein Universalgelenk angeordnet ist.
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Beim Universalgelenk einer bekannten Antriebswelle tragen der treillxende
und dier getriebene Wellenteil je einen zylindrischen Außengelenkzapfen, die miteinander
durch einen senkrechten Zw ischengelenkzapfen verbunden sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebswelle zu schaffen, die
einen geringeren Platzbedarf als bisher henf>tigt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
daß je(ler Außengelenkzal)fen seitlich gegenüber dem ihn tragenden Wellenteil versetzt
ist und die Außen.gelenkzapfen nebeneinander angeordnet sind, wobei der treibende
und der getriebene Wellenteil in der Längsrichtung in beiden Richtungen durch Anschläge
festgelegt sind.
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Die Erfindung umfaßt außer diesem Hauptmerkmal noch weitere Merkmale,
die in den Ansprüchen gekennzeichnet sind.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt schaubildlich eine gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgebildete Antriiebswelle für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeuges
mit einer durchgehenden Starrachse;
Fig. 2 zeigt schematisch die
gleiche Antriebswelle von unten gesehen; Fig.3 zeigt eine zweite Ausführungsform
der Erfindung für eine Vorderachse mit Einzelradaufhängung; Fig. ,4 und 5 zeigen
von oben bzw. von der Seite eine weitere Ausführungsform der Erfindung für eine
Vorderachse entsprechend Fig. 3; Fig. 6 zeigt schaubilidlich die Hauptbestandteile
eines entsprechend der Erfindung ausgebildeten Universalgelenkes, wobei das Gelenk
auseinandergebaut ist; Fig. 7 zeigt im Schnitt das gleiche Gelenk, dessen Bestandteile
jedoch zusammengebaut sind; Fig. 8 zeigt schaubildlich auseinandergebaut die Bestandteile
eines Universalgielenkes in einer anderen Ausfübrungs@form; Fig. 9 ist ein Halbschnitt
dieses Gelenkes mit zusammengebauten Bestandteilen.
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Der treibende Wellenteil ist über ein Gelenk mit dem durch den Achsschenkel
3 verlängerten angetriebenen Wel'lenteil2 drehverbunden.
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Die Wellenteile i und 2 sind in den Lagern 4 und 5 gelagert, die mit
dem Achsschenkelhalter 6 bzw. der Achse 7 starr verbunden sind, wobei der erstere
dieser beiden Teile mit dem zweiten mittels des Schwenkzapfens 8 gelenkig verbunden
ist, dessen Achse X-X' die Achsen der Wellen i und 2 schneidet, um den Lenkausschlag
des Rades zu ermöglichen.
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Die Wellenteile i und 2 sind mit den beiden zylindrischenAußengelenkzapfen
9 und io versehen, die miteinander durch einen Zwischengelenkzapfen i i verbunden
sind, der vorzugsweise auf ihnen senkrecht steht.
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Gemäß dem Hauptkennzeichen der Erfindung ist jeder Außengelenkzapfen
9 oder io gegenüber dem entsprechenden Wellenteil i oder 2 seitlich versetzt, und
die beiden Außenggelenkzapfen sind nebeneinander angeordnet, z. B. zwischen den
Schenkeln der den treibenden und die getriebenen Wellenteile ver längernden versetzten
Gabeln 12 und 13, wobei die Wellenteile in der Achsrichtung in beiden Richtungen
festgelegt sind, z. B.-mit Hilfe von Kugeldrucklagern, welche in Fig. i schematisch
durch Bünde i° und 2° dargestellt sind', welche sich auf den Lagern 4 und 5 abstützen.
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Diese axiale Festlegung der Wellen i und 2 ist dazu bestimmt, die
Einstellung des. Gelenkes zu gestatten und den Ausgleich der axialen Reaktionskräfte
zu sichern, welche von den in dem Gelenk entwickelten Quermomenten herrühren.
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Man erhält auf diese Weist ein Universalgelenk mit einem Platzbedarf,
der kleiner als der der bekannten Gelenke ist, toi welchem die Außengelenkzapfen
malt ihren Wellenteilen in einer Flucht liegen und bei denen die beiden Gelenkzapfen
konzentrisch so angeordnet sind, daß sie winklig auseinanderschiebbar .sind, so
daß einer der beiden Außengelenkzapfen in der Duro'hmesserrichtung größere Abinesstuigen
hallen muß, als für diie Übertragung des :',utrielasmoments erforderlich sind.
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In Fig. 2 ist d'assellhe Gelenk von oben gesehen dargestellt, wobei
die Weltenteile i und 2 hinsichtlieh ihrer Drehbewegung eine Winkelstellung einnehmen.
Die Gelenkzapfen 9 und io liegen parallel und lotrecht.
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In dieser Figur ist das. theoretische Dreieck o-a-b, wobei o der Schnittpunkt
der Achsen der Wellenteile i und 2 und die Projektion von d und b auf die Wellen
ist, ein gleichschenkeliges Dreieck, dessen gleiche Seiten eine'konstante Länge
haben,, die gleich der Versetzung der Außengelenkzapfen 9 und io ist. Da der Scheitelwinkel
dieses Dreieckes veränderlich sein muß, so ergibt sich, d'aß die durch den Zwischengelenkzapfen
i i ,gebildete Grundseite ebenfalls, in ihrer Länge veränderlich sein muß. Dies
kann z. B. dadurch erzielt verdien, daß der Zwischengelenkzapfen i i durch zwei
Teile gebildet wird, die sich teleskopartig ineinander einschieben und mit den Außengelenkzapfen
9 bzw. io starr verbunden Blind, sich gegenseitig drehen und in axialer Richtung
gleiten können.
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Ferner darf nur der eine oder der andere der AuiBengelenkzapfen frei
axial gleitend sein, da sonst Beanspruchungen infolge einer Überbestimmung auftreten
würden, die die Drehung der ganzen Antriebswelle verhindern würden,.
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Hierfür ist, wie schematisch in Fig. i gezeigt, der Gelenkzapfen io
an seinen beiden Enden gegen die Schenkel der Gabel 13 axiial festgelegt, so daß
er nur schwenkbar ist. Der Gelenkzapfen 9 ist gleichzeitig schwenkbar und gleitend
zwischen die beiden Schenkel der Gabel 12 eingebaut.
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Bei einer Antriebswelle für eine Vorderachse mit Einzelradaufhängung,
die einen weiteren Freiheitsgrad zwischen den Wellenteilen i und 2 voraussetzt,
benutzt man vorteilhafterweise die eine oder die andere der beiden folgenden Lösungen.
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Gemäß einer ersten, in Fig. 3 dargestellten Lösung ist das Universalgelenk,
welches die Wellenteile i und 2 verbinden soll, mit durch einen Zwischengelenkzapfen
i i verbundenen versetzten Au:Bengelenkzapfet 9 und io ausgerüstet. jeder dieser
Teile hat die bereits angegebenen Schwenkmöglichkeiten, und die Gelenkzapfen 9 und
i i haben die Möglichkeiten des axialen Gleiters. Der treibende Wellenteil ist in
zwei Teile aufgeteilt, welche dank eines Gleitgelenkes 14 einen Freiheitsgrad in
axialer Richtung haben, wobei der Teil, welcher auf der Seite des Differentials
15 liegt, mixt der von diesem letzteren kommeude-ii Antriebshalbwelle 16 durch ein
Kardangelenk 17 od. dgl. verbunden ist. Die beiden Schalen des Kugelgelenkes 18
sind m,it den Lagern ,4 bzw. 5 starr verbunden, ip welchem die Wellenteile i und
2 gelagert sind.
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Gemäß einer weiteren, auf Fig. 4 und 5 dargestellten Lösung können
das Lager 4, das Gleitgelenk 14 und das Kugelgelenk 18 fortfallen, wobei dann die
axiale Gleitmöglichkeit der Gelenkzapfen und i i unterdrückt ist und die Gelenkzapfen
9 und i i an ihnen beiden Enden in axialer Richtung festgelegt sind.
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Unter diesen Beditngungen wird einerseits der axiale Anschlag, der
durch das Lager 4 gegeben war, durch den Fortfall des Gleitgelenkes über das Kardangelenk
17 auf das Di@fferetitial 15 verlegt,
wiihrend andererseits trotz
des Fehlens eines Kugelgelenkes die Stellung des Wellenteils 1 dank des Fortfalles
der axialen Freiheiten der Gel.enkzapfien 9 und i r festgelegt ist.
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Vorteilhafte konstruktive Ausführungsformen eines Universalgelenkes
mit versetzten Gabeln der schematisch in Fig. i bis 5 dargestellten Art werden im
folgenden beschrieben.
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Der die Gabeln 12 und 13 vereinigende Zwischen gelenkzalifen hat die
Gelenkachsen x-x' und y-3,'. Seine "feile haben e@iiie Schwenkmöglichkeit um die
Achse z-w' gegeneinander, die senkrecht auf den Sclitvenkaclrs-en x-x' und v-y'
stieht.
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Nach der Erfitidtnig sind die beiden unabhängigen Teile A und l3 des
Zwischengelenkzapfens unmittelbar scliwenkl>ar zusammengebaut, wobei die Gelenklauffläclien
T, und T2 dieser Teile den Zwischenraum einfassen, der die leiden Gelenkachsen x-x'
trnd voneinander trennt, wodurch die von diesen Laufflächen aufgenommenen Kräfte
erheblich verririgert werden.
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Nach einer in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführtitigsforni ist der
Teil B mit vier paarweise in einer Flucht liegenden Gelenkzapfen versehen, wobei
eines dieser Geletikzapfenpaare 20-2o' auf die Gelenkachse zentriert ist, während
das andiene Getenkzapfenpaar 21-2i', welches senkrecht zu dem vorhergehenden angeordnet
ist, auf die Achse z-z' zentriert ist.
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Aus Gründen des Zusammenbaues, von denen weiter unten die Rede ist,
'hat der Teil B eine leicht trtisyniinetrische, in Bier Richtung z-z' gebogene Form,
so daß dieser Teil die Form eines Kreuzes mit eirein gelx@,genen Schenkel aufweist.
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Per "('eil .4 hat die Form einer hohlen Olive mit ausgehöhlter Seitenwand,
-,wobei der Teil A einerseits zwei tungreifende Gelenkzapfen T1, T2 aufweist, die
zur Zusammenarbeit mit den eingreifenden Geletikzal>ferl 21-2i' zur Verwirklichung
der Gelenkachse w-w' bestimmt sind', wobei diese umgreifenden Gelenkzapfen einen
Innendurchmesser, der griif.ier als der dieser eingreifenden Gelenkz@il>fen ist,
sowie andererseits zwei auf die :'lchse zentrierte eingreifende Gelenkzapfen 23-23'
besitzen.
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Wenigstens eine der in der Seitenwand des Teiles A angebrachten Ausnehmungen
24 .hat, z. B. durch die Aussparung 2.4' auf der Seite des Schwenkzapfens 23, eine
solche Form, daß man durch eine Kilililletvegtrng denTeil B in das Innere
des Teiles A
so einbringen kann, daß die Achse der eingreifenden Gelenkzapfen
21 und 21' und die Achse der umgreifenden Gelenkzapfen T, und T2 zusammenfallen.
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leer Zusammenbau eines solchen Gelenkes un di die Verriegelung seiner
verschiedenen Teile geht folgendermaßen vor sich: Nach der Einl>i-ingung des Teiles
B in den Teil A
auf die obern angegebene Weise werden diese Teile in
der "lchsriclittitig z-z' mit Hilfe von Anschlagstiicketl 25 festgelegt, die in
die umgreifenden Gelenklaufflächen T1 und T2 eingeführt und axial, entweder durch
einen auf der Außenseite oder der Inilenseite der Iletracliteten Lauffläche angeordneten
elastischen Ring 26 abgestützt werden, oder auch durch einen elastischen Ring, der
in gegenüberliegenden Halbnuten eingelegt ist, die im mittleren Teil der Anschlagstücke
25 bzw. der Laufflächen T1 und T2 angebracht sind.
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Man bringt dann die Gabeln 12 bzw. 13 auf die Gelenkzapfenpaare 23-23'
bzw. 20-2ö auf, wobei die Öffnung dieser Gabeln so bemessen -ist, daß die Gelenkzapfen
dadurch an Ort und Stelle gebracht werden können, daß einer von ihnen vollständig
eingeführt und dann in eine mittlere Stellung zurückgeführt wird, in welcher die
beiden Gelenkzapfen ein und desselben Paares in die Bdhrungen der Gabel eingeführt
sind. Es genügt dann, die betreffenden Gelenkzapfenpaare axial zu blockieren, z.
B. mit Hilfe von Anschlagstücken 27, wel'chle vorteilhafterweise durch elastische
Ringe 28 oder ein beliebiges anderes Verriegelungsorgan; wie oben angegeben, festgelegt
werden.
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Diese Ausführungsform ermöglicht die Schwenkfreiheit zwischen den
Teilen A und B bei geringem Platzbedarf und ,eine gute Stei;figkeit.
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Nach der zweiten Ausführungsform, welche auf Fig. 8 und 9 dargestellt
ist, werden zwei gleiche Teile A und B benutzt, deren jeder ein Paar von eingreifenden
Gelenkzapfen 23-23' und 20-2ö für die Verwirklichung der Achsen x-x und y-y', einen
umgreifenden Gelenkzapfen T1 oder T2 und einen eingreifenden Gelenkzapfen 21 oder
21' zur Verwirklichung der Gelenkachse z-z' trägt.
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In dem mittleren Abschnitt eines jeden der Teilte A und B ist eine
Ausinehmung solcher Form und Ab-
messungen angebracht, daß diese TeiIe mit
einem gegenseitigen axialen. Spiel miteinander verschachtel,t werden können, derart,
das die Achslinie der Lauffläche Ti und des Gelenkzapfens 21' des Teiles A mit der
Achslinie der Lauffläche T2 und dies Gelenkzapfens 21 des Teiles B in Übereinstimmung
gebracht werden kann, wobei der Abstand dieser Teile in der Achsrichtung die Einbringung
eines jeden eingreifenden Gelenkzapfens 21 oder 21' des einen Teiles in den umgrei,fendlen
Gelenkzapfen; Ti oder T2 des anderen Teiles gestattet. Es genügt zur Vervol'lständiigrang
dieser Anordnung einerseits auf der Seite eines jeden umgreifenden Schwenkzapfensi
T1, T2 'ein axiales Anschlagstück 29 und andererseits en Festleguingsstück
30 vorzusehen, welches gestattet, die Teile A und B in der
Achs rirhtung in eurem geeigneten Abstand voneinander zu halten, wobei dieses Festlegungsstück
30 vorteill haft Mittel zur Zentrierung und radialen Verriegelung aufweist,
wie z. B Fortsätze 30° (Fig. 8) oder am Umfang angeordnete Bündle 30b (Eig. 9).
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In Fig. 8 und 9 stützt such das Zwischenstück 30 mittels seiner gegenüberliegenden
Flächen auf zwei ebenen Flächen 31 und, 31' ab, die zu der Achse z-z' senkrecht
liegen und mit einem der beiden Teile starr verbunden sind.
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Diese Ausführungsform weist den Vorteil der Starrheit dies Gelenkes
unter Verringerung dien Beanspruchungen der Gelemklaufflächen auf.
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Ferner ist die Verwendung von Nadlell'agerschalen mit vollem Boden
möglich, die gegebenenfalhs durch
eine elastische oder plastische
Dichtung 32 vervoll#-ndigt werden köiT@nen, die vorzugsweise auf der s stä
Innenseite des Lagers angeordnet ist (Fig. 9). Außerdem ist die Möglichkeit vorhanden,
den Gelenkachsen oder der Drehachse durch eine geeignete Regierung der Stellung
der Endanschläge einen gewissen axialen Freiheitsgrad zu geben.