-
Zweiteilige, zwischen Wellengelenken einer Kardanwelle angeordnete,
drehelastische Wellenverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf eine zweiteilige, zwischen Wellengelenken einer Kardanwelle angeordnete,
drehelastische Wellenverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer in eine
Hohlwelle eingeschobenen Kernwelle und mit einem zwischengeschalteten elastischen
Mittel, das aus Gummirinscheiben und stimseitig entweder an diese anvulkanisierten
oder mit diesen in Reibschluß befindlichen Metallringscheiben besteht, welch letztere
einerseits am Außenmantel der Hohlwelle und andererseits an der Innenwand einer
mit der Kernwelle verbundenen Büchse entweder abwechselnd oder paarweise bzw. in
Gruppen axial hintereinander durch Mitnehmer gegen Verdrehung gesichert gehalten
sind.
-
Bei den bekannten Wellenverbindungen dieser Art sind die drehelastischen
Mittel mit Beginn der Drehbewegung gleichzeitig zugeschaltet, und es werden bei
einigen Ausführungen mit steigendem Drehwinkel eines oder mehrere der Federelemente
abgeschaltet. Dies ergibt zwar eine progressive Federkennlinie mit steigendem Verdrehwinkel
bzw. eine Verdrehwinkelbegrenzung, jedoch ist die Materialausnutzung der Gummielemente
ungünstig. Durch das Abschalten muß gerade das größte Drehmoment von wenigen oder
einem Element aufgenommen werden, das daher sehr stark dimensioniert sein muß.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden.
-
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
in der Büchse in Achsrichtung aufeinanderfolgend gehaltenen Metallringscheiben an
ihrem äußeren Umfang zur Aufnahme der als Mitnehmer dienenden Wulstrippen der Büchse
mit von Einzelelement zu Einzelelement oder von Gruppe zu Gruppe in Umfangsrichtung
zunehmend bemessenen Ausnehmungen versehen sind, die infolge der Ungleichheit an
den Wulstrippen mit zunehmendem Verdrehwinkel der Wellenverbindung nacheinander
zur Anlage kommen.
-
Durch diese Ausbildung wird eine progressive Zuschaltung der elastischen
übertragungsmittel erreicht, die zu einer weichen übertragung der Kräfte ohne Stoßwirkung
führt. Es ist zwar, wie erwähnt, bekannt, eine Progressivität durch Abschalten einer
oder mehrerer Federelemente aus einer Kette von hintereinander angeordneten Federelementen
herbeizuführen (britische Patentschrift 411622). Demgegenüber werden aber
nach der Erfindung alle Federelemente nacheinander zugeschaltet und schließlich
alle zur übertragung des maximalen Drehmomentes herangezogen. Die Einzelbelastung
jedes Elementes ist dadurch erheblich geringer. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung sind die Federelemente in bekannter Weise zwischen Stimflanschen der
Büchse und der Hohlwelle vorspannbar, wobei es nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung zweckmäßig ist, wenn zwischen den Stimflanschen und den an ihnen anliegenden
Metallringscheiben der Federelemente bzw. den einander folgenden Federelementen
zusätzliche Reibringe, etwa aus Polyamid, angeordnet sind. Solche an drehelastischen
Kupplungsscheiben von trennbaren Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugantrieben an
sich bekannten Dämpfungsreibscheiben (französische Patentschrift 751731)
sind in Verbindung mit der axialen Einstellbarkeit der Vorspannung der Federelemente
besonders vorteilhaft, weil durch die unterschiedliche Vorspannung das künstlich
erzeugte Reibmoment, welches vor dem Wirksamwerden der elastischen Kupplungsverbindung
überwunden werden muß, zugleich an die jeweils vorhandenen Beschleunigungs-undVerzögerungskräfte
so angeglichen werden kann, daß das zu überwindende Reibmoment nur wenig größer
als die normalerweise auftretenden Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte ausfällt.
-
Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Einzelheiten
der erfindungsgemäßen Wellenverbindung.
-
Es ist bereits eine drehelastische Wellenkupplung bekannt (USA.-Patentschrift
1229 417), die aus zwei Flanschen besteht, deren einander gegenüberliegende
Stirnflächen in Umfangsrichtung wellenförmig mit Ein- und Auswölbungen ausgebildet
sind. Das zwischen den Flanschen einvulkanisierte, auf Drehschub belastete elastische
Element schmiegt sich diesen Wölbungen an.
In der Zeichnung sind
nachfolgend näher erläuterte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es
zeigt Fig. 1 die Gesamtanordnung, im oberen Teil im lotrechten Axialschnitt,
F i g. 2 einen Querschnitt nach 11-11 der F i g. 1,
F i
g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Einzelelementes mit Sicherungsanschlag,
F i g. 4 die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Einzelelementes,
F i g. 5 die Seitenansicht der Metallringtelle nach F i g. 4, F i
g. 6 die Darstellung von Federkennlinien.
-
Die über das Ablenkungswinkel zulassende Kardangelenk eingeleiteten
Drehkräfte werden vom Gelenkzapfen 1 und die durch Schweißung mit diesem
verbundene Hohlwelle 2 übertragen. Von an dieser Hohlwelle 2 axial eingeprägten
wulstartigen Rippen 3
(F i g. 2) werden die Drehkräfte in aufgeschobene
Metallringscheiben 4 übertragen, die an ihrem Innendurchmesser Nuten 5 (F
i g. 3) aufweisen, die über die axialen Wulstrippen 3 greifen. Das
mit den Metallringscheiben 4 verbundene elastische Mittel 6
überträgt die
ihm vermittelten Drehkräfte gegen dessen Widerstand in die mit diesem ebenfalls
verbundenen Metallringscheiben 7, die an ihrem Außenumfang Ausnehmungen
8 (F i g. 3) aufweisen, mit denen sie über axiale Wulstrippen
9 (F i g. 2) greifen, die durch Einprägung einer Büchse
10 gebildet sind. Die Büchse 10 ist durch Schweißung mit der Kernwelle
11 fest verbunden, die ihrerseits in der Hohlwelle 2, z. B. durch einen Polyamidüberzug
12, resonanzdämpfend und wartungsfrei auf ganzer Länge zentriert wird. Von der Kernwelle
11 wird die längsverschiebbare Keilwelle 13 aufgenommen, welche die
eingeleiteten Drehkräfte auf die angeschlossenen Teile, z. B. das Kardanrohr, überträgt.
-
Durch die Vorspannmutter 14, die über die Büchse 10 geschraubt
wird, den Druckring 15 und zwischengeschaltete Reibringe 16, die aus
Polyamid bestehen können, werden die Einzelelemente unter Vorspannung gesetzt, die
infolge axialer Verschiebbarkeit auf den axialen Wulstrippen die Vorspannung in
gleicher Größenordnung aufnehmen.
-
Das somit als Längsfeder wirkende Gesamtelement übt auf die beidseitig
am Druckring 15 anliegenden Reibringe 16 einen durch die Vorspannmutter
14 einstellbaren Druck aus, so daß bei Verdrehung der elastischen Elemente zwischen
dem Druckring 15
und den von den Wulstrippen 9 der Büchse
10 in Umfangsrichtung mitgenommenen keibringen 16 ein Reibmoment durch
die Reibringe 16 erzeugt wird, die durch Aussparungen mit den Wulstrippen9
der Büchse 10 verbunden sind und mit dieser gegenläufig zu dem mit der Hohlwelle
2 befestigten Druckring verdreht werden.
-
Für Fälle, in denen in der Gelenkwelle keine Eigendrelischwingungen
erzeugt werden und demnach kein Reibmoment zum Auffangen hochfrequenter Schwingungen
erforderlich ist, können die Reibringe 16 durch Gunimiringe ersetzt werden,
die in ihrer Stärke oder Weichheit so zu dirnensionieren sind, daß sie in der Lage
sind, in die Gelenkwelle von außen eingeleitete Drehschwingungen weich aufzunehmen.
-
Die Metallteile der Konstruktion stützen sich zur Aufnahme der axialen
Schubkräfte bei Längenänderungen der Gelenkwelle gegeneinander ab, so
Z,
daß sich beim Ausziehen des Keilprofils die Vorspannmutter 14 über die
Reibringe am Druckring 15, der mit der Hohlwelle 2 fest verbunden
ist, abstützt. Beim Einschieben des Keilprofils stützt sich die Hohlwelle 2 mit
ihrem offenen Ende am Hals der Kernwelle 11 ab, damit die dabei auftretenden
Kräfte dem elastischen Mittel ferngehalten werden.
-
Zur Sicherung für den Fall einer besonderen Gefahr der Überlastung
ist es zweckmäßig, die Metallringscheiben 7 an ihrem Innendurchmesser mit
Aussparungen 21 zu versehen, die bei einem vorbestimmten Verdrehwinkel bzw. Drehmoment
zum Anschlag kommen und die drehelastische Gelenkwelle starr werden lassen (F i
g. 3).
-
Bei der Ausführung nach F i g. 4 und 5 sind die das
elastische Mittel 6, d. h. den Gummiring zwischen sich aufnehmenden Metallringscheiben
22 und 23
mit segmentweise angeordneten radialen, dachförmigen, nach außen
strahlenförmig auseinanderlaufenden Schrägflächen 24 und 25 oder plisseeartigen
Wellungen versehen. Hierdurch wird eine vorbestimmte Federkennlinie mit ausgeprägter
Progressivität erreicht, und zwar dergestalt, daß bei Verdrehung die in diesen Fällen
vorzugsweise ohne Vulkanisation eingelegten Gummischeiben 26 nach anfänglicher
Schubbeanspruchung, mit zunehmendem Verdrehwinkel stetig zunehmend, progressiv auf
Druck beansprucht werden. Hierbei werden die Radialkräfte zunehmend in Axialkräfte
umgewandelt, wobei die angeordneten Reibringe 16 (F i g. 1) mit zunehmendem
Axialdruck eine stetig zunehmende Reibung erzeugen, die die Federkennlinie progressiv
beeinflußt.
-
Da bei der im Endzustand der Verdrehung vorhandenen Druckbeanspruchung
zwischen einer am Außendurchmesser und einer am Innendurchmesser mitgenommenen Metallringscheibe
im elastischen Mittel nur ein relativ kleiner Verdrehwinkel erreicht werden kann,
ist es zweckmäßig, zwischen den durch Nuten mitgenommenen Metallringscheiben weitere
Gummi- und Metallringscheiben einzufügen, die sich ohne Befestigung frei drehen
können, um so eine Addition der Verdrehwinkel zu erreichen.
-
Um insbesondere im niederen Drehmomentbereich eine sehr große Weichheit
in der Drehelastizität bei progressiver Federkennlinie zu erzielen, werden die am
äußeren Durchmesser mit Ausnehmungen 8 über die axialen Wulstrippen
9 der Büchse 10 greifenden Metallringscheiben 7, wie in F i
g. 3 gezeigt, mit verschieden groß dimensionierten Ausnehmungen versehen,
und zwar dergestalt, daß innerhalb des Gesamtelementes von Einzelelement zu Einzelelement,
oder von Gruppen, die aus mehreren dieser Einzelelemente gebildet sind, zu anderen
Gruppen dieser Elemente die Ausnehmungen 8 gestaffelt in Umfangsrichtung
vergrößert werden. Zur Übertragung des Gesamtdrehmomentes greifen dann die Einzelelemente
oder Gruppen solcher mit zunehmendem Verdrehwinkel nacheinander ein, so daß die
kleinen Drehmornente und insbesondere die Wechselkrläfte jeweils nur von einem bzw.
einer Gruppe dieser Einzelelemente mit großer Drehelastizität aufgenommen werden.
Das Gesamtdrehmoment wird nach gestaffeltem Eingriff aller Elemente aufgenommen.
Bei dieser Anordnung ist jedoch zu beachten, daß diejenigen Einzelelemente, die
den größten Verdrehwinkel aufzunehmen haben, auch ein entsprechendes Maß an Verformbarkeit,
z. B. entsprechend stärkere Gummischichten aufweisen, als die Elemente, die zuletzt
mm
Eingritl gelangen. Außerdem sind Variationen der Gummihärten
möglich.
-
F i g. 6 zeigt Federkennlinien, und zwar eine Federkennlinie
27, wie sie für rein auf Schub beanspruchte Drehschubfedern charakteristisch
ist, die bei zunehmenden Verdrehwinkeln, trotz leicht ansteigender progressivität,
eine nahezu gleichbleibende Drehelastizität in jedem Drehmomentbereich zeigt. Die
Federkennlinien 28, 29 und 30 zeigen dagegen Kurven mit starker Progressivität
bei Verwendung der gewellten Metallringscheiben 22 und 23, d. h., mit zunehmendem
Verdrehwinkel steigt die spezifisch aufzunehmende Drehkraft.
-
Im niederen Drehmomentbereich dagegen hat diese Anordnung vornehmlich
bei Zwischenschaltung nichtbefestigter Gummi- und Metallringgscheiben eine wesentlich
größere Weichheit in der Drehrichtung. Die Kurvenschar28, 29 und
30 wird hervorgerufen durch Zwischenschaltung von ein, zwei und drei Einzelelementen
ohne radiale Befestigung in Hintereinanderschaltung, während zur Aufnahme des Gesamtdrehmomentes
diese Gruppen parallel geschaltet werden.