DE102007021059A1 - Flexibles Gelenk - Google Patents

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DE102007021059A1
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Armin Drechsler
Georg Maierbacher
Francis Saline Muchingile
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SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
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SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
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    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Gelenk (10) mit zwei Gelenkgabeln (12, 14), die jeweils mit einem Wellenabschnitt (44, 45) verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel (18) aufweisen, und einem zwischen den Gelenkgabeln (12, 14) angeordneten Gelenkkörper (16). Der Gelenkkörper (16) umfasst eine elastische Gelenkscheibe (30) und zwei an dieser angebrachte Übertragungsteile (22, 24), die jeweils ein Paar mit den Lagermitteln (18) zusammenwirkende Komplementär-Lagermittel (28) aufweisen. Jedes der Übertragungsteile (22, 24) ist über Verbindungsbereiche (34) mit der Gelenkscheibe (30) verbindbar, wobei die an den Übertragungsteilen (22, 24) paarweise angeordneten Komplementär-Lagermittel (28) jeweils zwei einander kreuzende oder windschiefe Gelenkachsen (G1, G2) definieren und wobei wenigstens einer der Verbindungsbereiche (34) - in einer Betrachtungsrichtung orthogonal zu beiden Gelenkachsen (G1, G2) betrachtet - zwischen zwei Gelenkachsen (G1, G2) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Gelenk, insbesondere zum Verbinden zweier Wellenabschnitte in Lenkungen von Kraftfahrzeugen. Dieses weist zwei Gelenkgabeln auf, die mit jeweils einem Wellenabschnitt verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel aufweisen, und einen zwischen den Gelenkgabeln angeordneten Gelenkkörper. Der Gelenkkörper umfasst eine elastische Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen und zwei an dieser angebrachte Übertragungsteile, die jeweils ein Paar Komplementär-Lagermittel aufweisen. Des weiteren betrifft sie eine Wellenanordnung in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens zwei Wellenabschnitte über ein solches flexibles Gelenk verbunden sind.
  • Derartige flexible Gelenke werden üblicherweise in Gelenkwellenanordnungen eingesetzt, bei denen Drehmomente über eine Mehrzahl von Wellen übertragen werden müssen, die zueinander versetzt oder/und nicht parallel verlaufen. Insbesondere bei Gelenkwellen zur Übertragung von Lenkmomenten in Kraftfahrzeugen finden flexible Gelenkanordnungen 60 Anwendung, wie in 3 schematisch gezeigt. Zudem bewirken diese Gelenkanordnungen 60 mit ihrer elastischen Gelenkscheibe ein weiches Eingreifen sowie eine Dämpfung von Drehschwingungen und Stößen.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Gelenkanordnungen 60 zur drehschwingungsgedämpften Übertragung von Lenkmomenten einer Lenkspindel 50 bekannt. Eine Lösung des Stands der Technik, die in 5a beispielhaft gezeigt ist, sieht einen Einbau einer elastischen Gelenkscheibe 130 vor. Allerdings ist diese Gelenkscheibe 130 nicht, wie vorstehend beschrieben, zwischen zwei Gelenkgabeln angeordnet, sondern zwischen zwei flanschartigen Wellenendabschnitten 152 und 154 der zu verbindenden Wellen. Diese werden ohne gelenkige Lagerung direkt mit der elastischen Gelenkscheibe 130 drehfest verbunden. Die Gelenkachsen G11 und G12, die durch die beiden mit der Gelenkscheibe 130 verbundenen Abschnitte 152 und 154 gebildet werden, schneiden sich nicht. Daraus ergeben sich einige Nachteile. Die Gelenkscheibe 130 wird bei Übertragung des Drehmoments somit auf Scherung beansprucht und zusätzlich durch ihren Einbau unter einem Beugewinkel zwischen den nicht parallelen Wellen auf Zug und Druck belastet. Dies führt dazu, dass während des Umlaufs der Wellen eine ständige elastische Verformung in Form von Walkarbeit auf die Gelenkscheibe 130 einwirkt und diese dadurch einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist. Zusätzlich resultiert aus der Walkarbeit ein Rückstellmo ment, das die Übertragung eines konstanten Momentes negativ beeinflusst und daher unerwünscht ist.
  • Ein weiterer Nachteil einer derartigen Anordnung liegt in den begrenzten Einsatzmöglichkeiten. So ist ein Einsatz nur in Einbausituationen mit kleinen Beugewinkeln zwischen den Längsachsen der Wellen zueinander möglich, da die Gelenkscheibe 130 auf Dauer nur begrenzt deformierbar ist. Außerdem müssen bei derartigen Anordnungen Gelenkscheiben 130 mit einer verhältnismäßig weichen Gummimischung eingesetzt werden, um zu gewährleisten, dass ihre Deformation ausreicht, um das Drehmoment zuverlässig von einer Welle auf die andere übertragen zu können.
  • Eine alternative aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungsmöglichkeit sieht vor, dass die Gelenkscheibe 230 mit den Wellenendabschnitten 252 und 254 verbunden ist und auf einer Seite der Gelenkanordnung zusätzlich ein Kreuzgelenk 270 angeordnet ist, wie in 5b beispielhaft dargestellt. Auf diese Weise wird die Zug- und Druckbelastung, die auf die Gelenkscheibe 230 wirkt, maßgeblich herabgesetzt und damit der Verschleiß verringert. Jedoch ist bei dieser Anordnung die Verwendung einer Zentrierung 256 der Gelenkscheibe 230 notwendig. Dadurch erhöhen sich die Teilezahl und somit auch Kosten und der benötigte Bauraum der Vorrichtung. Durch den Einsatz einer Zentrierung entsteht außerdem ein weiterer Schwingungspfad, über den Schwingungen direkt übertragen werden können. Dadurch wird die Gesamtisolierungswirkung zur Schwingungsdämpfung vermindert.
  • Ferner kann die Anordnung für eine Zentrierung zusätzliche Sicherungsbleche zur Sicherung der elastischen Gelenkscheibe aufweisen, die bei dieser Lösung sehr aufwendig einzubauen sind. Das Problem einer erhöhten Scherbelastung für die Gelenkscheibe 230, das durch Gelenkachsen G21 und G22 entsteht, die sich nicht kreuzen sondern windschief zueinander stehen, tritt auch bei dieser Variante auf.
  • Um den vorstehend skizzierten Nachteilen zu begegnen, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lenkungsgelenk bereitzustellen, das einen kompakten Aufbau mit einer verringerten Teilezahl und einer vereinfachten Montage aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein flexibles Gelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das flexible Gelenk zwei Gelenkgabeln auf, die jeweils mit einem Wellenabschnitt verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel aufweisen, und einen zwischen den Gelenkgabeln angeordneten Gelenkkörper. Der Gelenkkörper umfasst eine elastische Gelenkscheibe und zwei an dieser angebrachte Übertragungsteile, die jeweils ein Paar mit den Lagermitteln zusammenwirkende Komplementär-Lagermittel aufweisen. Jedes der Übertragungsteile ist über Verbindungsbereiche mit der Gelenkscheibe verbindbar, wobei die an den Übertragungsteilen paarweise angeordneten Komplementär-Lagermittel jeweils zwei einander kreuzende oder windschiefe Gelenkachsen definieren, und wobei wenigstens einer der Verbindungsbereiche – in einer Betrachtungsrichtung orthogonal zu beiden Gelenkachsen betrachtet – zwischen zwei Gelenkachsen angeordnet ist.
  • Bei einem derartigen Gelenk wird der auftretende Beugewinkel zwischen den zwei zu verbindenden Wellenabschnitten ausgeglichen, so dass keine nennenswerte Walkbelastung, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auf die elastische Gelenkscheibe einwirkt. Daraus ergibt sich eine erhöhte Lebenserwartung und ein niedrigeres Ausfallrisiko der Gelenkscheibe. Darüber hinaus entfällt auch das aus der Walkarbeit entstehende unerwünschte Rückstellmoment. Der spezielle Aufbau bzw. die Anordnung der Komplementär-Lagermittel in Relation zu den Verbindungsbereichen ermöglicht eine kompakte Bauweise.
  • Bei bisher bekannten flexiblen Gelenken der eingangs bezeichneten Art hat man festgestellt, dass die Gelenkscheibe an den Verbindungsbereichen durch die Anbringung steifer Teile in ihrer Elastizität eingeschränkt wurde. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, die Gelenkscheibe ausreichend groß zu dimensionieren und die Verbindungsbereiche in einem möglichst großen Abstand voneinander anzuordnen. Sind nun die Verbindungsbereiche nicht zwischen den durch die paarweise angeordneten Komplementärlagermittel definierten Gelenkachsen angeordnet, sondern auf diesen Gelenkachsen, so muss der Abstand zwischen den angeordneten Komplementär-Lagermitteln größer sein als der Abstand der jeweiligen ein Übertragungsteil verbindenden Verbindungsbereiche. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Größen der Gelenkgabel und den Abstand der zwei Gabelschenkel aus, da der Gelenkkörper an seinen Lagerstellen zwischen diesen aufgenommen wird. Es ist also eine größere Gestaltung des Gelenks erforderlich, was durch die erfindungsgemäße Anordnung verhindert werden kann.
  • Bei Rotation der durch das flexible Gelenk zu verbindenden Wellenabschnitte werden die Gelenkgabeln als äußere Gelenkteile um ihre Mittelachse gedreht und erzeugen so eine kreisförmige Bewegungskurve. Der Durchmesser dieses Kreises wird als sogenannter Rotationsdurchmesser bezeichnet. Dieser wird bei einem erfindungsgemäßen flexiblen Gelenk im Vergleich zum Stand der Technik demnach deutlich her abgesetzt. Das erfindungsgemäße Gelenk ist kompakter, ohne die Elastizität der Gelenkscheibe und damit die Dämpfungseigenschaften negativ zu beeinflussen.
  • Zur Vereinfachung der Montage kann ferner vorgesehen sein, dass die Gelenkscheibe eine im wesentlichen rotationssymmetrische Grundfläche bezüglich einer zentralen Symmetrieachse aufweist. Derartige elastische Gelenkscheiben sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden in konventionellen Kreuzgelenken eingesetzt. Somit können bisher verwendete Montagewerkzeuge und Montageschritte analog bei der Montage dieses flexiblen Gelenks eingesetzt werden. Zur weiteren Vereinfachung der Montage kann außerdem vorgesehen sein, dass die Gelenkscheibe eine zentrale Montageöffnung aufweist, über die sie bei der Montage gehalten werden kann.
  • Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass jedes der Lagermittel eine jeweils einen Lagerbolzen aufnehmende Lageröffnung und jedes der Komplementär-Lagermittel einen Lagerbolzen umfasst. Des weiteren kann hinsichtlich der Lagerung vorgesehen sein, dass jedes Übertragungsteil in seinem Randbereich zwei gegenüberliegende stutzenförmige Abschnitte aufweist, die die Lagerbolzen der Komplementär-Lagermittel bilden. Die im Randbereich der Übertragungsteile ausgebildeten Lagerbolzen sind so ausgebildet, dass herkömmliche Gelenkgabeln mit entsprechenden Lagerbohrungen verwendet werden können. Durch einen leichten Versatz der Lagerbolzen in Richtung der Symmetrieachse der Gelenkscheibe nach oben oder unten können die durch die Lage der Lagerbolzen bestimmten Gelenkachsen der Gelenkgabeln in eine Ebene gebracht werden, wie im folgenden noch näher beschrieben wird.
  • Vorteilhaft kann für die Lagerung außerdem vorgesehen sein, dass der Lagerbolzen in einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung innerhalb der Lagerbohrung aufgenommen ist. Auf diese Weise wird eine Rotationsbewegung des Gelenkteils gegenüber den Gelenkgabeln mit einer deutlich verringerten Reibung sichergestellt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsbereiche der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen ausgebildet sind. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß ebenso möglich, dass die Verbindungsbereiche in Form von in die Gelenkscheibe eingebrachten oder eingegossenen Aufnahmestutzen, Aufnahmebolzen oder dergleichen ausgebildet sind. Zudem kann bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass jedes Übertragungsteil wenigstens zwei mit den Aufnahmeöffnungen der Gelenkscheibe korrespondierende Befestigungsöffnungen aufweist. Sind die Verbindungsbereiche der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöff nungen ausgebildet und entsprechende korrespondierende Befestigungsöffnungen auch in den Übertragungsteilen vorgesehen, so können diese Teile einfach vermittels zusätzlicher Verbindungselemente, wie beispielsweise einer Schrauben-Mutter-Paarung, miteinander verbunden werden.
  • Bei einer Ausführungsform der Verbindungsbereiche mit Aufnahmebolzen oder -stutzen können die Übertragungsteile mittels ihrer Befestigungsöffnungen auf diese aufgesetzt werden und ebenfalls mit zusätzlichen Verbindungselementen, beispielsweise entsprechenden Muttern, befestigt werden. Alternativ dazu wäre ebenfalls denkbar, dass die Übertragungsteile mit entsprechenden mit den Aufnahmeöffnungen der Gelenkscheibe korrespondierenden Befestigungsbolzen oder -stutzen oder dergleichen ausgestattet sind. Hier erfolgt die Verbindung analog, die Bolzen oder Stutzen werden in die entsprechenden Aufnahmeöffnungen der Gelenkscheibe eingesetzt und zusätzlich mittels entsprechender Verbindungsmittel befestigt.
  • Hinsichtlich der Befestigung der Übertragungsteile mit der Gelenkscheibe kann außerdem vorgesehen, dass die Übertragungsteile mittels lösbarer oder unlösbarer Verbindungselemente mit der Gelenkscheibe verbunden und im wesentlichen gegen Relativverdrehung gegenüber der letzteren gesichert sind. Unlösbare Verbindungen, wie eine Nietverbindung oder eine Schweißverbindung, sind von Vorteil, da das montierte flexible Gelenk nicht nachträglich geöffnet und in seinem Zusammenbau verändert werden kann. Dadurch kann ein fehlerhafter Einbau vermieden werden; bei einem mittels unlösbarer Verbindungen montierten Gelenk ist es nur an den dafür vorgesehenen Verbindungsstellen möglich, die entsprechenden Wellenteile mit dem Gelenk zu verbinden. Zudem ist als vorteilhaft zu sehen, dass beispielsweise die Kosten der Fertigung durch die Verwendung unlösbarer Verbindungen herabsetzt werden können.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Übertragungsteile im wesentlichen aus Flachteilen gebildet werden. Ferner kann hinsichtlich der Form der Flachteile vorgesehen sein, dass sie im wesentlichen gleichförmig ausgebildet sind und eine Z-Form aufweisen. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß jedoch auch möglich, dass die Flachteile ungleichförmig ausgebildet sind. Der Vorteil gleichförmig ausgebildeter Flachteile liegt darin, dass die Flachteile in großen Stückzahlen hergestellt werden können. Eine ungleichförmige Ausbildung der Flachteile kann dann sinnvoll sein, wenn eines der Flachteile, beispielsweise das untere, eine zusätzliche Funktion, beispielsweise eine Anschlagfunktion, erfüllen soll.
  • Die Flachteile dienen zugleich gegenüber den zur Verbindung mit der Gelenkscheibe eingebrachten Verbindungselementen, wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen, als Sicherungsscheiben, die verhindern, dass Schrauben oder Muttern sich beim Festschrauben in das elastische Material der Gelenkscheibe hineinziehen. Auf diese Weise können weitere Teile bei der Montage eingespart und die Montagekosten ebenso wie die Materialkosten gesenkt werden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Übertragungsteile auf ein und derselben Seite der Gelenkscheibe angeordnet sind. Durch entsprechende Anordnung der Lagerbolzen an den Randbereichen der Flachteile, können die beiden Gelenkachsen der Übertragungsteile im wesentlichen in dieselbe Ebene „gelegt" werden, so dass sie sich kreuzen können. Dadurch wird die auf die Gelenkscheibe wirkende Scherbelastung durch eine reine Zug- und Druckbelastung in Umfangsrichtung ersetzt, wodurch sich die Lebensdauer der Gelenkscheibe maßgeblich erhöhen lässt. Auch ist diese Maßnahme für die Montage sinnvoll, da beide Übertragungsteile auf derselben Seite übereinander auf der Gelenkscheibe angebracht werden können, ohne das Erfordernis eines Zwischenschritts, wie ein Umdrehen der Gelenkscheibe.
  • Bei einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Relativverdrehung zwischen den Übertragungsteilen durch Anschlagmittel begrenzt ist. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die Anschlagmittel wenigstens ein Anschlagelement an der Gelenkscheibe und wenigstens ein korrespondierendes Gegenanschlagelement an einem der Übertragungsteile aufweisen. Als Anschlagelement ist beispielsweise denkbar, dass die Verbindungsbereiche der Gelenkscheibe mit Aufnahmeöffnungen ausgebildet sind, wobei die Aufnahmeöffnungen für das obenliegende Übertragungsteil einen erhöhten Stützflansch aufweisen, der als Anschlagelement wirkt, und das untere Übertragungsteil aufgrund seiner Formgebung ein dazu korrespondierendes Gegenanschlagelement bildet, das bei einer bestimmten Relativverdrehung an dem Stützflansch anschlägt. Bei einer Verdrehung des unteren Übertragungsteils gegenüber der Gelenkscheibe wird dieses im Bereich seines Gegenanschlagselements, das beispielsweise als gekrümmte Ausnehmung ausgebildet ist, gegen das elastische Anschlagselement gedrückt. Somit überträgt sich das zu übertragende Drehmoment nicht nur über die Gelenkscheibe sondern auch über die sogenannten Softanschläge, die gleichzeitig den Verbindungsbereich für das andere Übertragungsteil bilden. Auf diese Weise können vor allen Dingen auftretende Lastspitzen aufgenommen werden, sodass die Gelenkscheibe im Vergleich zu konventionellen Einbausituationen kleiner dimensioniert werden kann. Ebenso ist es denkbar die Anschlagelemente in Form eines elastischen Randbereichs der in der Gelenkscheibe aufgenommenen Verbindungsbolzen oder -stutzen auszubilden.
  • Zudem stellt diese formschlüssige Anordnung sicher, dass die Übertragung eines Lenkmoments und somit die Lenkfähigkeit weiterhin bestehen bleibt, selbst wenn die Gelenkscheibe komplett ausfallen sollte, beispielsweise wenn diese verbrannt sein sollte.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
  • 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen flexiblen Gelenks in zusammengebautem Zustand,
  • 2 eine perspektivische Ansicht in einem die Symmetrieachse enthaltenden Diagonalschnitt des Gelenkkörpers des erfindungsgemäßen Gelenks nach 1 in zusammengebautem Zustand,
  • 3a eine perspektivische Ansicht der Gelenkscheibe aus dem erfindungsgemäßen Gelenk nach 1,
  • 3b eine perspektivische Ansicht der Gelenkscheiben nach 3a mit einem Übertragungsteil aus dem erfindungsgemäßen Gelenk nach 1 in eingebautem Zustand,
  • 3c eine perspektivische Ansicht der Gelenkscheibe und eines ersten Übertragungsteils nach 3b mit einem zweiten Übertragungsteil aus dem erfindungsgemäßen Gelenk nach 1 in eingebautem Zustand,
  • 4 eine schematische Ansicht eines Lenkungsmechanismus in einem Kraftfahrzeug,
  • 5a eine perspektivische Ansicht einer Gelenkanordnung mit einer unter einem Beugewinkel eingebauten Gelenkscheibe aus dem Stand der Technik, und
  • 5b eine perspektivische Ansicht einer Gelenkanordnung mit einer Gelenkscheibe, einer Zentrierung und einem Kreuzgelenk aus dem Stand der Technik.
  • In 1 ist eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen flexiblen Gelenks 10 in zusammengebautem Zustand gezeigt. Dieses Gelenk 10 umfasst zwei Gelenkgabeln 12 und 14 sowie einen Gelenkkörper 16. Über angedeutete Fortsätze 44 und 45 können die Gelenkgabeln 12 und 14 mit zueinander abgewinkelten Wellenabschnitten 44 und 45 der Lenkung verbunden werden, etwa wie in 4 schematisch gezeigt.
  • Der Gelenkkörper 16 umfasst, wie beispielsweise in 2 dargestellt, eine elastische Gelenkscheibe 30 sowie zwei Übertragungsteile 20 und 22. Die Kopplung der beiden Gelenkgabeln 12 und 14 erfolgt über den Gelenkkörper 16. Dieser weist Komplementär-Lagermittel 28 auf, die in den korrespondierenden Lagermitteln 18 der Gelenkgabeln 12 und 14 aufgenommen sind. Die Lagermittel 18 umfassen Lageröffnungen sowie darin eingebrachte Wälzlager, wie beispielsweise Nadellager, oder Gleitlager, beispielsweise in Form einer Gleitlagerbuchse. Die Komplementär-Lagermittel 28 sind als Bolzen ausgebildet, die in die Lageröffnungen eingreifen. Dadurch ist eine reibungsarme Rotation des Gelenkkörpers 16 relativ zu der jeweiligen Gelenkgabel 12 und 14 um durch die Lagermittel 18 gebildete Gelenkachsen G1 und G2 möglich. Dies ermöglicht in an sich bekannter Weise, die Neigung der Wellenlängsachsen der zu koppelnden Wellenabschnitte 44 und 45 zueinander wie bei einem konventionellen Kreuzgelenk auszugleichen.
  • Die Gelenkscheibe 30 umfasst in konventioneller Weise Faden- oder Bandwickel z. B. aus Metall, vollsynthetischen Stoffen oder dergleichen, welche in Gummi oder in anderes elastisches Material eingebettet werden. Dabei kann die Dicke D der Gelenkscheibe 30 sowie deren eingelegte(s) Fadenpaket(e) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Drehmomenten gewählt werden.
  • Die Grundfläche A der Gelenkscheibe 30 weist, wie in 3a dargestellt, eine im wesentlichen quadratische Form auf. Alternativ dazu sind auch andere Formen der Grundfläche denkbar, beispielsweise eine runde Gelenkscheibe oder eine sechseckige Gelenkscheibe. Diese sollte nur im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zentralen Symmetrieachse S sein. In ihren Eckbereichen befinden sich Verbindungsbereiche 34 der Gelenkscheibe 30, vermittels derer die Gelenkscheibe 30 mit den Übertragungsteilen 20 und 22 drehfest verbunden ist.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Verbindungsbereiche 34 mit Aufnahmeöffnungen 36 ausgebildet. Als eine weitere Variante wären anstelle der Aufnahmeöffnungen 36 in der elastischen Gelenkscheibe 30 aufgenommene Aufnahmebolzen oder -stutzen zur Verbindung der Übertragungsteile 20 und 22 mit der Gelenkscheibe 30 denkbar. Die Verbindungsbereiche 34 sind mit einem größtmöglichen Abstand voneinander angeordnet, um auf diese Weise die Flexibilität der Gelenkscheibe 30 nicht wesentlich zu beeinträchtigen. Die Ecken der quadratischen Grundfläche A sind im Abschluss mit den Verbindungsbereichen 34 abgerundet, da diese keinen wesentlichen Beitrag mehr zur Funktion des Gelenks 10 leisten. Auf diese Weise wird Material gespart und der Rotationsdurchmesser des Gelenks 10, also der Durchmesser einer Kreisbahn, die die außenliegende Randbereiche des Gelenks 10 bei einer Rotationsbewegung beschreiben, nicht unnötig vergrößert.
  • Des weiteren weist die Gelenkscheibe 30 eine zentrale Montageöffnung 32 auf, welche zur Abstützung und Fixierung der elastischen Gelenkscheibe 30 während der Montage dienen kann. Auf einer Seite der Gelenkscheibe 30 sind zudem zwei der Verbindungsbereiche 34, die sich diagonal gegenüberliegen, mit einem gegenüber den beiden anderen Verbindungsbereichen 34 erhöhten Stützflansch 38 um die Aufnahmeöffnungen 36 herum ausgebildet. Dieser dient gegenüber einem der Übertragungsteile 20 als Anschlagelement 40, dessen Funktion nachfolgend näher erläutert wird.
  • Gleichfalls kann es vorteilhaft sein auf der Rückseite der Gelenkscheibe 30 die jeweils anderen Verbindungsbereiche ebenso auszuführen, wenn die Übertragungsteile 20 und 22 nicht auf derselben Seite der Gelenkscheibe 30 angeordnet werden sollen.
  • Das erste Übertragungsteil 20 besitzt, wie in 3b gezeigt, eine Grundfläche B mit einer im wesentlichen quadratischen Form, wobei nahe den Verbindungsbereichen 34 mit erhöhtem Stützflansch 38, korrespondierende gekrümmte Ausnehmungen angebracht sind, die als Gegenanschlagelemente 42 zu den Anschlagelementen 40 wirken. An den anderen beiden Ecken der Grundfläche B befinden sich mit den Aufnahmeöffnungen 36 korrespondierende Befestigungsöffnungen (in 3b durch die Verbindungselemente 46 verdeckt) zur Befestigung des Übertragungsteils 20 an der Gelenkscheibe 30. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Randbereichs 24 des Übertragungsteils 20 sind zudem stutzenförmige Abschnitte ausgebildet, die für die Lagerung des Gelenkkörpers 16 zwischen den Gelenkgabeln 12 und 14 als Komplementär-Lagermittel 28 in Form eines Lagerbolzens ausgebildet sind.
  • Das Übertragungsteil 20 kann aus einem einzigen Teil gefertigt worden sein oder aus dem Flachteil mit der quadratischen Grundfläche B und den beiden stutzenförmigen Abschnitten zusammengesetzt sein. Im letzteren Falle müssten diese Teile mittels eines Fügverfahrens, beispielsweise Schweißens, derart miteinander gefügt sein, dass das Übertragungsteil 20 den auftretenden Belastungen stand halten kann.
  • Das zweite Übertragungsteil 22 wird in dieser Ausführungsform, wie in 3c gezeigt, an den beiden Verbindungsbereichen 34 angeordnet, die mit einem erhöhten Stützflansch 38 versehen sind. Somit ist es direkt mit den an der Gelenkscheibe 30 angebrachten Anschlagelementen 40 verbunden. Dabei weist das Übertragungsteil 22 eine Grundfläche C auf, die im wesentlichen Z-förmig ausgebildet ist. An den beiden Enden der Z-förmigen Grundfläche C sind wiederum korrespondierende Befestigungsöffnungen 26 zur Verbindung des Übertragungsteils 14 mit der Gelenkscheibe 30 angeordnet. Die Verbindung erfolgt mittels der Verbindungselemente 46. Analog zu dem Übertragungsteil 20 weist das Übertragungsteil 22 an zwei sich gegenüberliegenden Seiten seines Randbereichs 24 stutzenförmige Abschnitte auf, die die Lagerbolzen der Komplementär-Lagermittel 28 bilden.
  • Die Komplementär-Lagermittel 28 in Form von Lagerbolzen sind entlang der Seiten der Grundfläche A der Gelenkscheibe 30 angeordnet und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, an den Ecken der Grundfläche A. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung des Rotationsdurchmessers des Gelenks 10 im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik bei einer gleichgroß ausgebildeten Gelenkscheibe 30. Auf diese Weise kann der für das flexible Gelenk 10 benötigte Bauraum verringert werden oder bei gleichem benötigten Bauraum die dämpfende Wirkung des Gelenks 10 und die Höhe des darüber übertragbaren Drehmoments erhöht werden.
  • Während bei dem Übertragungsteil 20 die stutzenförmigen Abschnitte in Richtung der Symmetrieachse S von der Gelenkscheibe 30 wegweisend um einen geringfügigen Abstand versetzt ausgebildet sind, sind die stutzenförmigen Abschnitte des Übertragungsteils 22 in Richtung der Symmetrieachse S um einen geringfügigen Abstand zu der Gelenkscheibe 30 hin versetzt ausgebildet. Auf diese Weise konnte erreicht werden, dass sich die beiden Gelenkachsen G1 und G2 kreuzen. Dies führt dazu, dass die Scherbelastung in der elastischen Gelenkscheibe 30 durch eine Zug- und Druckbelastung in Umfangsrichtung ersetzt wird und die aus dem Stand der Technik bekannte Walkbelastung wegfällt bzw. deutlich verringert wird. Somit ist es auch möglich, die Gelenkscheibe 30 mit einer größeren Wickelhöhe bei gleichbleibender oder größerer Lagenzahl auszubilden, wodurch mit Hilfe des Gelenks 10 größere Drehmomente übertragen werden können.
  • Wird nun ein Drehmoment von einem Wellenabschnitt 44 über die Gelenkgabel 12 auf das darin gelagerte Übertragungsteil 20 übertragen, bewegt sich dieses relativ zu der Gelenkscheibe 30. Die Gelenkscheibe 30 wird abschnittsweise in Umfangsrichtung gedrückt oder gezogen und überträgt ihrerseits das Drehmoment auf das andere damit verbundene Übertragungsteil 22 und die damit verbundene Gelenkgabel 14. Bei der Verwendung einer konventionellen Gelenkscheibe 30 ohne Anschlagmittel wird die torsionale Belastung, welche auf die Gelenkscheibe 30 wirkt, wesentlich größer als bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform. Durch die Anschlagmittel wird das Drehmoment sowohl über die Gelenkscheibe 30 als auch über die Gegenanschlagelemente 42 und Anschlagelemente 40 übertragen, mit denen das zweite Übertragungsteil 22 verbunden ist. Auftretende Lastspitzen können auf diese Weise über die Anschlagmittel aufgenommen werden. Dadurch dass die Anschlagelemente 40 als Teil der Gelenkscheibe 30 aus einem gummiartigen Material hergestellt sind, ergibt sich zudem eine dämpfende Wirkung. Die Einleitung des zu übertragenden Drehmoments in das zweite Übertragungsteil 22 ist stetig, ein ungedämpftes „Anschlagen" der beiden Übertragungsteil 20 und 22 wird mit Hilfe der Anschlagmittel verhindert. Durch die symmetrische Gestaltung der Anschlagelemente 40 können Drehmomente zudem in beiden möglichen Wirkrichtungen gedämpft übertragen werden. Insgesamt ermöglichen die Anschlagmittel eine geringere Dimensionierung der Gelenkscheibe 30 als bei konventionellen Ausführungen.
  • Die beiden Übertragungsteile 20 und 22 dienen sowohl zur Drehmomentübertragung als auch aufgrund ihrer Ausbildung als flache Formteile als Sicherungsscheiben für die Gelenkscheibe 30. Bei konventionellen Lösungen aus dem Stand der Technik (wie in den 5a und 5b dargestellt) dient die Verwendung zusätzlicher Sicherungsscheiben in bekannter Weise dazu, ein Hineinziehen der Endbereiche der Verbindungselemente in die Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) zu verhindern. Beispielsweise bei dem Einsatz von Nietverbindungen oder Schrauben und Muttern zur Verbindung der Wellenendabschnitte 152 und 154 (252 und 254) mit der Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) werden die Sicherungsscheiben auf der dem Wellenabschnitt gegenüberliegenden Seite der Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) zwischen Verbindungselement und Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) angebracht. Wird die Niet- oder Schraubverbindung auf Zug belastet, können der Niet- oder Schraubenkopf bzw. die Mutter die Aufnahmeöffnung der elastischen Gelenkscheibe 130 (bzw. 230) nicht aufdehnen und hineingezogen werden, sondern stützen sich an der Sicherungsscheibe ab.
  • Das in 4 schematisiert dargestellte Lenkungssystem und die in den 5a und 5b gezeigten aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind in der Einleitung bereits gesondert beschrieben.

Claims (17)

  1. Flexibles Gelenk (10), insbesondere zum Verbinden zweier Wellenabschnitte (44, 45) in Lenkungen von Kraftfahrzeugen, mit zwei Gelenkgabeln (12, 14), die jeweils mit einem Wellenabschnitt (44, 45) verbindbar sind und jeweils ein Paar Lagermittel (18) aufweisen, und einem zwischen den Gelenkgabeln (12, 14) angeordneten Gelenkkörper (16), wobei der Gelenkkörper (16) eine elastische Gelenkscheibe (30) und zwei an dieser angebrachte Übertragungsteile (20, 22) umfasst, die jeweils ein Paar mit den Lagermitteln (18) zusammenwirkende Komplementär-Lagermittel (28) aufweisen, wobei jedes der Übertragungsteile (20, 22) über Verbindungsbereiche (34) mit der Gelenkscheibe (30) verbindbar ist, wobei die an den Übertragungsteilen (20, 22) paarweise angeordneten Komplementär-Lagermittel (28) jeweils zwei einander kreuzende oder windschiefe Gelenkachsen (G1, G2) definieren, und wobei wenigstens einer der Verbindungsbereiche (34) – in einer Betrachtungsrichtung orthogonal zu beiden Gelenkachsen (G1, G2) betrachtet – zwischen zwei Gelenkachsen (G1, G2) angeordnet ist.
  2. Gelenk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkscheibe (30) eine im wesentlichen rotationssymmetrische Grundfläche (A) bezüglich einer zentralen Symmetrieachse (S) aufweist.
  3. Gelenk (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (A) der Gelenkscheibe (30) im wesentlichen quadratisch ausgebildet ist und in ihren Eckbereichen die Verbindungsbereiche (34) aufweist.
  4. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkscheibe (30) eine zentrale Montageöffnung (32) aufweist.
  5. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Lagermittel (18) eine jeweils einen Lager bolzen aufnehmende Lageröffnung und jedes der Komplementär-Lagermittel (28) einen Lagerbolzen umfasst.
  6. Gelenk (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Übertragungsteil (20, 22) in seinem Randbereich (24) zwei gegenüberliegende stutzenförmige Abschnitte aufweist, die die Lagerbolzen der Komplementär-Lagermittel (28) bilden.
  7. Gelenk (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen in einer Wälzlagerung oder einer Gleitlagerung innerhalb der Lagerbohrung aufgenommen ist.
  8. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (34) der Gelenkscheibe (30) mit Aufnahmeöffnungen (36) ausgebildet sind.
  9. Gelenk (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Übertragungsteil (20, 22) wenigstens zwei mit den Aufnahmeöffnungen (36) der Gelenkscheibe (30) korrespondierende Befestigungsöffnungen (26) aufweist.
  10. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsteile (20, 22) mittels lösbarer oder unlösbarer Verbindungselemente (46) mit der Gelenkscheibe (30) verbunden und im wesentlichen gegen Relativverdrehung gegenüber der letzteren gesichert sind.
  11. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsteile (20, 22) im wesentlichen aus Flachteilen gebildet werden.
  12. Gelenk (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachteile im wesentlichen gleichförmig ausgebildet sind und eine Z-Form aufweisen.
  13. Gelenk (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachteile im wesentlichen ungleichförmig ausgebildet sind.
  14. Gelenk (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsteile (20, 22) auf derselben Seite der Gelenkscheibe (30) angeordnet sind.
  15. Gelenk (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativverdrehung zwischen den Übertragungsteilen (20, 22) durch Anschlagmittel begrenzt ist.
  16. Gelenk (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagmittel wenigstens ein Anschlagelement (40) an der Gelenkscheibe (30) und wenigstens ein korrespondierendes Gegenanschlagelement (42) auf einem der Übertragungsteile (20, 22) aufweisen.
  17. Wellenanordnung, insbesondere Lenkwellenanordnung in einem Kraftfahrzeug, wobei wenigstens zwei Wellenabschnitte (44, 45) mit einem flexiblen Gelenk (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche verbunden sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968082A (zh) * 2010-10-27 2011-02-09 苏州高新区禾云设备设计事务所 一种万向平行联轴器
CN101985960A (zh) * 2010-11-30 2011-03-16 华南理工大学 一种多簧片大变形柔性虎克铰
CN103963821A (zh) * 2013-02-04 2014-08-06 台州恒新汽车配件股份有限公司 汽车方向管柱转向总成

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