DE1044637B

DE1044637B - Zweiteilige, zwischen zwei Wellengelenken einer Kardanwelle eingebaute drehelastische Wellenverbindung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1044637B
Application number: DEH22288A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-03-30
Filing date: 1954-12-01
Publication date: 1958-11-20

Description

Zweiteilige, zwischen zwei Wellengelenken einer Kardanwelle eingebaute drehelastische Wellenverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine zweiteilige, zwischen zwei Wellengelenken einer Kardanwelle eingebaute drehelastische Wellenverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer in eine Hohlwelle eingeschobenen Kernwelle und mit einem zwischengeschalteten .elastischen Mittel.
Um bei drehelastischen Antrieben, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der Forderung nach einer großen Drehelastizität bei möglichst geringem Gewicht und Platzbedarf gerecht zu werden, hat man vorgeschlagen, das drehelastische Element bei Antrieben, die sowohl drehelastisch sind als auch eine Parallel- und eine Winkelverschiebung der Antriebsglieder gestatten, zwischen die Gelenke eine Kardanwelle zu legen. Dieses wird dadurch erreicht, daß die zwischen den beiden Gelenken des Antriebes vorhandene Welle drehelastisch ausgebildet ist und z. B. aus einer Kernwelle und einer Hohlwelle besteht, die ineinandergeschoben sind und zwischen denen sich ein elastisches Element, beispielsweise aus Gummi, befindet. Hierbei werden die elastischen Elemente, um einen guten Halt zu erzielen, z. B. mit Vorspannung zwischen die Wellenteile eingeführt, so daß sie auf diese Weise das durch die Welle gehende Drehmoment an den Mantelflächen der Kernwelle und der Hohlwelle durch Haftreibung übertragen.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß nur eine begrenzte Zentrierung vorhanden ist und demnach eine einwandfreie Führung auf der ganzen Länge der Lagerung, die bei den heute verwendeten Drehzahlen unbedingt erforderlich ist, fehlt, um Biegungsschwingungen der Kardanwelle zu verhindern. Bei gleichen Drehkräften würden bei gleicher Belastung des Gummis wesentlich größere Dimensionen und damit Gewichte erforderlich sein, da die Belastung nur an den Mantelflächen übertragen wird, so daß zur Beherrschung der auftretenden Drehmomente größere Dimensionen in Kauf genommen werden müssen, da jeweils nur die innere Mantelfläche voll ausgenutzt werden kann.
Demgegenüber bietet die -Anordnung nach der Erfindung durch die Verlegung der Zentrierung in die Hohlwelle die Möglichkeit, die Büchse gleichzeitig als Mitnehmer für axial aufgeteilte elastische Körper zu verwenden und eine stirnseitigeKraftübertragung durch die angeordneten Metallringscheiben über die einzelnen elastischen Elemente zu erreichen, wodurch bei sehr viel kleineren Dimensionen eine im Verhältnis gleiche Kraft übertragen werden kann. Die Zentrierung auf ganzer Länge kann beispielsweise dadurch erreicht sein, daß der eine Wellenteil als Kernwelle in die Hohlwelle des anderen Wellenteiles eingeschoben ist, wobei die somit auf ganzer Länge geführte Kernwelle mit Keilprofil zur Aufnahme der Keilwelle versehen ist. Demgemäß ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kernwelle auf ganzer Länge in der Hohlwelle geführt ist und mittels einer konzentrisch die Hohlwelle umfassenden, an der Einführungsseite mit der Kernwelle verbundenen Büchse das elastische Element aufnimmt, welches einerseits mit der Hohlwelle und andererseits mit der Büchse verbunden ist.
Das elastische Element kann z. B. aus einer Hülse aus Kautschuk bestehen, an welche die beiden konzentrisch übereinandergreifenden Wellenteile anvulkanisiert sind, wobei die mit der Büchse verbundene Kernwelle auf ganzer Länge in der Hohlwelle zentrisch geführt ist. Das Element kann aber auch aus mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Hülsen aus Kautschuk bestehen, umdoppelte bzw. mehrfache Beaufschlagung zu erzielen, um größere Drehkräfte übertragen zu können, wobei diese Kautschukhülsen durch Metallhülsen getrennt werden, mit denen sie z. B. durch Vulkanisation verbunden sind. Hierbei ist die mit der Büchse verbundene Kernwelle in der mit der Büchse verbundenen Hohlwelle zentrisch auf ganzer Länge geführt. In Hinsicht auf den zunehmenden Torsionsweg nach außen können verschiedene Elastizitätseigenschaften und Gummischichtstärken durch Wahl verschiedener Kautschukmischungen od. dgl. ausgenutzt wenden. Zur Vermeidung von Längsspannungen können die Hülsenelemente in beiden Fällen auch axial unterteilt sein und auch die Drehkräfte durch Haftreibung übertragen.
Das elastische Element kann aber auch in Achsrichtung in mehrere Elemente aufgeteilt werden, beispielsweise in mehrere Metaliringscheiben, zwischen denen das elastische Element anvulkanisiert ist, welche abwechselnd mit der Hohlwelle und der Büchse fest oder lösbar verbunden sind.
Durch diese Unterteilung werden auch auftretende Längsspannungen beseitigt. Außerdem können bei derartigen scheibenförmigen Körpern die Querschnitte in radialer Richtung zunehmen, wobei der Konuswinkel dem in Umfangrichtung zunehmenden Torsionsweg Rechnung trägt.
Zwischen der torsionselastisch miteinander verbundenen Hohlwelle und der Büchse sind zweckmäßig Begrenzungsanschläge vorgesehen, beispielsweise durch die zur Drehkraftübertragung angeordneten starren Begrenzungen an der Hohlwelle einerseits und der Büchse andererseits sowie durch Aussparungen in den scheibenförmigen starren Metallringscheiben. Derartige Anschläge dienen einer Sicherung für Überlastungsfälle, für unvorhergesehene Materialzerstörungen, vor allem aber, um bei einem vorbestimmten Verdrehwinkel ein starres System zu erhalten.
Ein weiterer Weg hierzu ist gemäß der Erfindung die Anordnung von starren Teilen mit Formgebungen, die bei der gegenseitigen Verschiebung gegeneinander gewendeter Flächen dieser Art das zwischen ihnen eingesehlossene elastische Material nach anfänglicher Schubbeanspruchung zunehmend auf Druck beanspruchen. Werden beispielsweise Scheiben zur beiderseitigen Begrenzung der Stirnflächen einer von ihnen eingeschlossenen Scheibe aus Kautschuk verwendet und die Anlageflächen dieser anliegenden starren Scheiben mit radialen versetzt zueinander angeordneten Rippen, Wölbungen od. dgl. ausgestattet, so bedingt die Verdrehung der Scheiben in entgegengesetztem Sinne eine zunehmende Pressung des eingeschlossenen Kautschuks. wobei durch Verteilung der Rippen und Auswahl des Kautschuks bei vorbestimmten Torsionswegen ein nahezu starres System erreicht werden kann.
Eine mögliche Gruppenschaltung zur Vergrößerung der Verdrehwinkel ist hierbei gegeben.
Die Erfindung ist nachstehend durch Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine drehelastische Wellenverbindung mit Scheibenelementen; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung gemäß Fig. 1: ; Fig.4 zeigt eine Ausführungsform radialer Scheiben, durch die eine anfängliche Schubbeanspruchung der elastischen Elemente in Druckbeanspruchung umgewandelt wird; Fig. 5 und 6 zeigen Wellenverbindungen mit hülsenförmigen elastischen Mitteln; Fig. 7 und 8 zeigen die axiale Unterteilung einer hülsenförmigen, doppelt beaufschlagten elastischen Schicht in mehrere Einzelelemente, wodurch die auftretenden Längsspannungen beseitigt werden.
Die Fig. 1 zeigt eine drehelastische Wellenverbindung, deren Zentrierung dadurch erreicht wird, daß die Kernwelle 3 mit der Keilwelle 1 zum Längenausgleich in der Hohlwelle 6 konzentrisch geführt ist, wobei die somit auf ganzer Länge geführte Kernwelle 3 mit Keilprofil 2 zur Aufnahme der Keilwelle 1 versehen ist. Das elastische Element ist hierbei auf Achslänge unterteilt, dabei werden die Teilstücke, bestehend aus elastischem Element 12 mit Metallringscheiben 10 und 11 in einer dem zu übertragenden Drehmoment entsprechenden Anzahl angeordnet.
Die Befestigung :der drehelastischen Teilstücke zur Aufnahme des Drehmoments und damit der Umfangskräfte an der Büchse 4 und der Hohlwelle 6 erfolgt durch Nuten in den Scheiben und in diese entsprechend eingreifende Nocken 8 bzw. 9 an der Büchse 4 bzw. der Hohlwelle 6.
Zur wartungsfreien Gestaltung der Zentrierung in der Hohlwelle 6 ist die Kernwelle 3 mit einer Polyamidschicht 7 oder ähnlichen wartungsfreien Lagerstoffen versehen, wobei diese Schicht 7 außerdem eine Resonanzdämpfung der durch die Motorimpulse hervorgerufenen Geräusche und Schwingungen bewirkt und deren Durchgang durch die Kardanwelle verhindert.
Um in kritischen Fällen von Torsionsschwingungen die Torsionsweichheit und damit auch den Verdrehwinkel selbst während des Betriebes bestimmen und verändern zu können, ist ein axial wirkendes Spannmittel, z. B. eine Überwurfmutter 13, zur axialen Verschiebung der Gummielemente und zur Erzielung gleicher Vorspannung angeordnet.
Die Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und zeigt von außen nach innen die Büchse 4 mit den Nocken 8, die Metallringscheibe 11 mit Ausnehmung 14, die nach einem vorbestimmten Verdrehwinkel an den Nocken 9 der Hohlwelle 6 zur Anlage kommen, sowie das elastische Element 12.
Die perspektivische Darstellung in Fig. 3 läßt erkennen, daß das elastische Element auf Achslänge unterteilt ist und die das elastische Element bildenden Gummiringscheiben 12 durch stirnseitig an sie vulkanisierte Metallringscheiben 10 und 11 einerseits an der Hohlwelle 6 mit Nocken 9 und andererseits an der Innenwand der Büchse 4 mit Nocken 8 gegen Verdrehung gesichert gehalten sind.
Fig. 4 zeigt Ringscheiben 15 :mit radialen Aus- und Einwölbungen 16 und Aussparungen 17, wobei sich die Wölbungen gegenüberstehen und sich bei einer Torsionsbewegung der Wellenverbindung gegeneinander verschieben, so daß die Schubbeanspruchung der zwischengeschalteten elastischen Elemente in Druckbeanspruchung umgewandelt wird.
Die Wellenverbindung nach Fig. 5 ist auf ihrer gesamten Länge durch die Führung der Kernwelle 3 mit der Keilwelle 1 in der Hohlwelle 6 in axialer Richtung zentriert, wobei das Gelenkteil s durch die Gummischicht 18 gegen die Büchse 4 drehelastisch gehalten ist.
Gemäß Fig. 6 ist die zwischengeschaltete Büchse 4 mit der Kernwelle 3 verbunden, und zwar derart, daß dadurch die elastische Schicht getrennt wird und somit zwei Schichten 18 und 19 zwischen der äußeren Hülse 20 und der Hohlwelle 6 entstehen. Die elastischen Schichten 18 und 19 können zwecks Beseitigung der auftretenden Längsspannungen vorteilhafterweise in verschiedene Einzelelemente unterteilt werden.
Die Fig: 7 und 8 zeigen eine Unterteilung der elastischen Schicht, wobei die Schichten 18 und 19 zwischen konzentrisch ineinander angeordneten, in Axialrichtung unterteilten Gummimetallhülsen 21 bis 23 liegen und die Metallhülse 23 stirnseitig bei 24 gezahnt ist, so daß sie zusammengefügt hierdurch wieder eine Einheit,bilden.

Claims

PATENTANSPBUCHE: 1. Zweiteilige, zwischen zwei Wellengelenken einer Kardanwelle eingebaute drehelastische Wellenverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer in eine Hohlwelle eingeschobenen Kernwelle und mit einem zwischengeschalteten elastischen Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernwelle (3) auf ganzer Länge in der Hohlwelle (6) geführt ist und mittels einer konzentrisch die Hohlwelle (6) umfassenden, an der Einführungsseite mit der Kernwelle (3) verbundenen Büchse (4) das elastische Element (12, 18, 19) aufnimmt, welches einerseits mit der Hohlwelle (6) und andererseits mit der Büchse (4) verbunden ist.
2. Zweiteilige Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (12) in an sich bekannter Weise auf Achslänge unterteilt ist und daß dabei die Teilstücke, die Metallringscheiben (10 und 11) durch starre Begrenzungen (8 und 9) mit der Hohlwelle (6) und der Büchse (4) in fester oder in lösbarer Verbindung stehen.
3. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (18 und 19, Fig. 7 und 8) aus mindestens zwei ineinandergesteckten konzentrischen Hülsen aus Gummi od. dgl. besteht, die ihrerseits mit starren Verbindungskörpern z. B. durch mit ihnen mittels Vulkanisation verbundenen Metallhülsen (21 bis 23) zusammengehalten sind.
4. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das elastische Element bildenden Gummiringscheiben (12) durch stirnseitig an sie anvulkanisierte Metallringscheiben (10 und 11) einerseits an der Hohlwelle (6) und andererseits an der Innenwand der Büchse (4) entweder abwechselnd oder paarweise oder in Gruppen axial hintereinander durch Mitnehmer gegen Verdrehung gesichert gehalten sind.
5. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausschaltung des elastischen Elements bei vorbestimmter Belastung die Metallringscheiben (11) am Innendurchmesser mit Ausnehmungen (14) solcher Breite versehen sind, daß sie bei einem vorbestimmten Verdrehwinkel an Nocken (9) der Hohlwelle zur Anlage kommen.
6. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den durch Unterteilung des elastischen Mittels auf Achslänge gebildeten elastischen Teilelementen, z. B. Gummischeiben (12) oder zwischen Gruppen solcher Ringscheiben (15, Fig. 4) aus starrem Material mit radialen Aus- und, Einwölbungen (16) angeordnet sind, die vorzugsweise nicht mit den elastischen Teilelementen verbunden sind und die abwechselnd oder gruppenweise einerseits mit der Büchse (4) und andererseits mit der Hohlwelle (6) durch Aussparungen für Mitnehmer (17) verdrehbar sind, um mit zunehmendem Verdrehwinkel die anfängliche Schubbeanspruchung zunehmend in eine Druckbeanspruchung umzuwandeln.
7. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch Anordnungen axial wirkender Spannmittel, z. B. einer Überwurfmutter (13) zur axialen Verschiebung der Gummielemente und damit zur Aufnahme gleicher Vorspannung. B. Zweiteilige Welle nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren konzentrisch ineinander angeordneten elastischen Elementen die Gummimetallhülsen (21 bis 23) die ihrerseits in Axialrichtung unterteilt sind, die zwischen je zwei Gummihülsen liegenden Metallhülsen (23) stirnseitig gezahnt (24) sind und die axial nebeneinanderliegenden Elemente durch diese Verzahnung zu einer drehmomentübertragenden Einheit gekuppelt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 700 247, 686163, 682 308, 680 988, 535 697, 524 761; deutsche Patentanmeldung G 6787 xII / 47c (bekanntgemacht am 5.11.1953) ; französische Patentschrift Nr. 342887; britische Patentschrift Nr. 486 917. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 922 502.