DE2950222C2 - Kraftübertragungsvorrichtung zwischen Ausgleichgetriebe und Treibrad bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Kraftübertragungsvorrichtung dieser Art (DE-OS 20 07 016) ist das eine der beiden elastischen Elemente sehr viel weniger starr als das an- ω dere. Die Zwischenwelle wird normalerweise durch das eine elastische Element in Anlage gegen das andere gehalten. Durch diese Konstruktion ergeben sich folgende Nachteile:

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a) bei einer bestimmten Geschwindigkeit führt die Modulation der Reibungskräfte beider Tripod-Gelenke zu einer Erregung in Axiallichtung, deren Frequenz mit dem steiferen, elastischen Element in Resonanz tritt. Daraus ergeben sich abprallende Stöße des Wellenendes gegen dieses elastische Element Diese Abprallstöße verursachen Schlaggeräusche, die den Fahrkomfort beeinträchtigen. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Amplitude dieser Abprallstöße in manchen Fällen so hoch ist, daß sich die Rollkörper des Gelenks gänzisch aus dem Glockenteil herausbewegen.

Zur Dämpfung dieser Abprallstöße wird bei dieser bekannten Konstruktion vorgeschlagen, einen elastischen Ring hinter dem verhältnismäßig steifen elastischen Element anzuordnen. In der Praxis hat es sich aber erwiesen, daß der damit beabsichtigte Zweck, d.h. völlige Beseitigung des durch die Schläge verursachten Geräuschs, nicht erfüllt werden konnte.

b) Da die Welle normalerweise in Anschlngstellung gehalten wird, wird die gesamte Längs-Auswärts-Bewegung der Kraftübertragungsvorrichtung auf das dieser AnschlagsteUc gegenüberliegende Gleitgelenk übertragen. Die Länge der Wälzbahnen und daher auch der Segmentarme des Glockenteils des Gelenks müssen daher dieser gesamten Längs- Auswärts-Bewegung entsprechen. Diese Länge muß aufgrund der vorgenannten Abprallstöße noch um die Länge der Wälzbahnen des gegenüberliegenden Glockenteils verlängert werden.

Das dem elastischen Element mit der geringeren Steifigkeit benachbarte Glockenteil ist folglich extrem lang ausgebildet und wird daher zu flexibel und bedarf einer Abstützung durch Ringe bzw. Innenringe. Die Länge der Segmentarme und die vorgesehenen Ringe bedingen ein erhebliches Gewicht und erschweren eine verformungsfreie Bearbeitung und Härtung, so daß sich schließlich ein höherer Gestehungspreis für die Kraftübertragungsvorrichtung ergibt.

Bei einem anderen, homokinetischen Gelenk in Tripod-Bauart (DE-OS 21 53 396) ist das Glockenteil mit einer sphärischen Abdeckung versehen, mit welcher ein auf der Welle des Tripod-Elements vorgesehenes Anschlagstück mit sphärischer Fläche zusammenwirkt. Hier handelt es sich jedoch um ein »Fest«-Gelenk. das heißt, das Tripod-Element ist axial gesichert und um kein Gleitgelenk-, das Anschlagstück bleibt hier ständig in Anlage gegen die sphärische Abdeckung.

Bei einer weiteren bekannten Kraftübertragungsvorrichtung (DE-PS 4 82 257) für Lenkräder von Kraftfahrzeugen besteht das eine der beiden Gelenke, d. h. das Radgelenk, aus zwei Kardangelenken, welche über einen Wellcnstummel miteinander verbunden sind, der an seinen Enden durch identisch ausgebildete Schraubenfedern belastet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion können infolge der Ungleichförmigkeit der Bewegungen unerwünschte Stöße entstehen.

Weiterhin ist eine Konstruktion bekannt, welche beidseitig der Welle kegelstumpfartige Federn aufweist, die zu einer anderen Wirkung als Schraubenfedern führen: Die Spiralen der kegelstumpfartigcn Federn schieben sich während der axialen Bewegung der Welle ineinander oder kommen sich sehr nahe, wodurch den Wellenendcn nachteiligerweise die Möglichkeit gegeben wird, mit Geräusch gegen die Wandung oder den Rand der entsprechenden Hauptstücke zu stoßen (US-PS 28 98 749). Damit ergibt sich der gleiche vorerwähnte Nachteil, daß unerwünschte Stöße entstehen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftübertragungsvorrichtung der eingangs genannten ^rt so auszubilden, daß sie völlig geräuschlos, also vollkommen stoßfrei, arbeitet und bei einer gegebenen Längs-Auswärtsbewegung Gelenke erfordert, deren hülsenförmige Gelenkhälfte möglichst kurz ausgebildet ist und eine sehr lange Lebensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst

Es ergeben sich hierbei folgende Vorteile:

a) völlige Stoßfreiheit und damit Geräuschlosigkeit in allen Fahrlagen und bei allen Fahrbahnen gewährleisten einen sehr gutin Fahrkomfort;

b) die Verwendung identischer Gleitgelenke, auf welche sich die axialen Auswärts- und Schubbewegungen stets gleichmäßig verteilen, gestattet es, jedes Gelenk mit kleinstmöglichem Volumen und Gewicht auszulegen;

c) die vollkommen freie, axiale Gleitfähigkeit gewährleistet eine gute Aufnahme der Vibrationen und eine vollkommene Isolierung des Antriebselementes gegenüber dem Abtriebselement und umgedreht;

d) es ist sehr gute Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit gegeben;

e) die Montage des Gleitgelenks am Ausgang des Ausgleichgetriebes wird durch einfache Keilwellenverbindung erleichtert Diese Montage ist rasch und ohne Zuhilfenahme einer Befestigungsvorrichtung durchführbar. Es ist große Zuverlässigkeit gewährleistet und sämtliche Spiele werden absorbiert. Ein etwaiger Ausbau ist leicht und rasch durchführbar.

f) Es ist lange Lebensdauer der Gelenke gewährleistet, da sich der Verschleiß über die gesamte Länge der Wälzbahnen verteilt;

g) es ergibt sich keinerlei Verschleißbeanspruchung der die axiale Auswärts- und Schubbewegung begrenzenden Organe. Hierbei hat es sich erwiesen, daß die Nadellagerungen für die Lagerung der Rollkörper nahezu zwingend erforderlich ist, um eine axiale Stabilität der Welle unter der Belastung der beiden gegenwirkenden Schraubenfedern zu gewährleisten.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen axialen Teilschnitt durch eine Krafiübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2 einen axialen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform;

Fig.3 einen axialen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Kraftübertragungsvorrichtung;

Fig.4 eine Draufsicht auf das Abstützelement nach Fig. 3;

F i g. 5 und 6 je einen Schnitt nach Linie 5-5 in F i g. 4 bzw. nach Linie 6-6 in F i g. 5.

Die in Fig. 1 in der Achse X-X völlig ausgerichtet dargestellte Kraftübertragungsvorrichtung verbindet ein (nicht gezeigtes) Antriebselement, nämlich den Ausgang des Ausgleichgetriebes eines Kraftfahrzeuges mit Hinterradantrieb und h'angeachse, mit einem Antriebselement, nämlich dem Achsschenkel des einzelgctriebe- nen hinteren Treibrades. Die Kraftübertragung erfolgt nacheinander über ein erstes homokinetisches Gelenk 2, eine Zwisciienwelle 3 und ein zweites homokinettsches Gelenk 4. Die beiden Gelenke 2 und 4 sind völlig identisch ausgelegte Gleitgelenke in Tripodbauart, die symmetrisch zur Zwischenwelle angeordnet sind. Nachstehend wird daher nur das eine Gelenk 4 beschrieben.

Das Gelenk 4 weist ein Tripodelement 5 auf, das aus einem auf dem zugewandten Ende der Welle 3 fest sitto zenden ringförmigen Hülsenstück 6 besteht, von welchem sich radial drei um jeweils 120° versetzte zylindrische Zapfen 7 erstrecken, auf welchen jeweils ein balliger Rollkörper 8 über Nadeln 9 frei beweglich gelagert ist.

Jeder Rollkörper 8 ist in einer Auskehlung 10 einer fest mit dem Achsschenkel des Rads 1 hülsenförmigen Gelenkhälfte 11 aufnehmbar. Diese sich parallel zum Achsschenkel des Rades erstreckenden Auskehlungen 10 besitzen ein kreisförmiges Querprofil und begrenzen je ein Wäkoahnenpaar für den zugehörigen Rollkörper 8. Die Gelenkhälfte 11 besitzt eine im wesentlichen plane Endfläche 12 und ist in ihrem Mittelber-eich mit einer Vertiefung 13 mit ebenem, zur Achse X-X senkrechtem Boden ausgebildet Zwischen dem Boden der Vertiefung 13 und einem auf dem ballig ausgebildeten Ende der zugehörigen Welle 3 drehbar angeordneten ballig konkaven Scheibe 15 stützt sich eine Schraubenfeder 14 ab. Zum Gelenk 4 gehört außerdem ein Blechmantel 16, der die Mantelfläche der Gelenkhälfte 11 teilweise überdeckt und über eine Bördelverbindung 17 an deren der Welle 3 abgewandten Ende unter Einlage eines Dichtungsrings 18 befestigt ist. Der Blechmantel 16 setzt sich auf seiner der Gelenkhälfte abgewandten Seite in einen balligen Abschnitt fort, welcher eine zum Achsschenkel 1 koaxiale bailig konkave Innenfläche 19 bildet. An seinem offenen Ende ist der Blechmantel 16 mit einer Hohlkehle 20 ausgebildet, in welcher das über einen Ring 21 befestigte breitere Ende eines elastischen Balgs 22 sitzt, dessen anderes Ende unmittelbar an der Welle 3 über einen Klemmring 21a befestigt ist.

I·; dem von der balligen Fläche 19 begrenzten Raum ist ein ringförmiges Abstützelement 23 angeordnet, welches aus einem Hülsenring 24 besteht, der an seinem Umfang mit einer der Fläche 19 entsprechenden konvex balligen Fläche 25 ausgebildet ist.

In der einen Stirnseite des Hülsenrings 24 ist eine ringförmige, gewichtsmindernde Ausnehmung vorgesehen. Auf der dem Tripodelement zugewandten Seite setzt sich der Hülsenring nach innen in ein ringförmiges Ansatzstück 24a fort, welches ebenflächig endet und in die mittige Ausnehmung der Gelenkhälfte eindringt. Der Hülsenring 24 und sein Ansatzstück 24a sind einstückig aus einem Material hergestellt und begrenzen gemeinsam eine Mittelbohrung 26, deren Durchmesser den der Zwischen Welle 3 um einen Betrag übersteigt, welcher eine Aufnahme der Umlaufbewegung der Welle unter größtmöglichem, in der Praxis der maximalen Auswärtsbewegung des Gelenks entsprechendem Abweichwinkel über das entstehende Radialspiel gewährleistet.

Das Abstützelement 23 ist axial frei gleitend auf der Welle 3 angeordnet und ist derart bemessen, daß bei maximaler Winkelstellung des Tripodelements, in der es den Blechmantel 16 über das Element 23 beaufschlagt, seine Rollkörper 8 skh am Ende der in der Gelenkhälfte ausgebildeten Wälzbahnen 10 befinden, ohne aus diesen herausgleiten zu können. Das Ansatzstück 24a des Abstützelements 23 ist in der Länge derart bemessen, daß

bei maximaler Auswärtsbewegung des Gelenks sich das Tripodelement und das Abstützelement 23 lediglich über den Hülsenring 6 und das Ansatzstück 24a beaufschlagen.

Die hülsenartige Gelenkhälfte, der Blcchmamel und der Balg bilden gemeinsam eine dichte Kapsel, welche das den Mechanismus gegen äußere Einwirkungen schützende ölbad enthält.

Die beschriebene Kraftübertragungsvorrichtung arbeitet wie folgt:

Bei Normalbetrieb schwingt die Zwischenwelle 3 um eine zwischen den beiden Gelenken 2 und 4 im wesentlichen symmetrische Mittelstellung und wird in diesem Bereich durch die zwei Federn gehalten, die durch Differentialwirkung mäßige, durch das Fahrbahnprofil bedingte seitliche Beschleunigungskräfte ausgleichen. Hierbei ist bei jedem Gelenk das Abstützelemcnt 23 anlagefrei und nimmt eine beliebige Stellung zwischen dem Tripodelement und dem Blechmantel 16 ein und wird daher durch keinerlei Reibung oder Verschleiß beansprucht.

Bei maximaler Schubbewegung der Kraftübertragungsvorrichtung drücken sich die beiden Federn 14 zu nahezu aneinanderliegenden Windungen zusammen, und die Schubbewegung verteilt sich von selbst gleichmäßig auf die beiden Gelenke.

Bei maximaler Auswärtsbewegung der Kraftübertragungsvorrichtung schieben die Hülsenstücke 6 der Tripodelemente die Ansatzstücke 24a der Abstützelemente 23 nach außen und diese gelangen nacheinander oder gleichzeitig in Anlage oder annähernd in Anlage an die ballig konkaven Innenflächen 19 der Blechmäntel 16, wobei sich das Abstützelement 23 mit seiner Fläche 25 auf der Innenfläche 19 des Blechmantels 16 dreht.

Dadurch verteilt sich die maximale Auswärtsbewegung der Kraftübertragungsvorrichtung gleichmäßig auf die beiden Gelenke 2 und 4, d. h. die in jeder Geienkhälfte ausgebildeten Wälzbahnen 10 brauchen unter Winkelbelastung lediglich je die Hälfte der gesamten Gleitbewegung der Kraftübertragungsvorrichtung aufzunehmen.

In allen Lagen übernehmen die Federn 14 die wichtige Aufgabe der Verteilung des Bewegungsverlaufs auf die beiden Gelenke und der Zentrierung der Welle, so daß normalerweise zwischen den Elementen 23 und den Blechmänteln 16 keine Anlage stattfindet. Außerdem können die Rollkörper 8 nicht in Anschlag an den Blechmantel 16 oder den Boden der die Wälzbahnen 10 begrenzenden Auskehlungen gelangen, was ja bei diesen bei Drehung UR'.är einen Winkel arbeitenden Gelenken zu Klappergeräuschen und Lärmbildung führen würde.

Für besondere Anwendungsgebiete, in welchen das Fahrzeug und damit die Kraftübertragungsvorrichtung häufig seitlichen Beschleunigungskräften ausgesetzt sind, kann zwischen dem Ansatzstück des Abstützelements 23 und dem Hülsenring 6 des Tripodelements ein elastischer Ring 27 eingesetzt werden (Fig.2). Dieser Ring kann aus gehärtetem, gewelltem Stahl, wie dargestellt, bestehen, oder es wird ein Kunststoff, z. B. Elastomer, verwendet. Statt dieses Rings kann auch eine sehr kurze Schraubenfeder vorgesehen werden, die sehr viel steifer sein muß als die Federn 14.

Bei dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Anlagestöße der zusammengedrückten Windungen der Federn 14 durch ein von der Feder umgebenes Anschlagstück 28 aus Elastomer beseitigt oder gemindert Abgesehen von den Dämpfelementen (Ring 27 und Anschlagstück 28) ist das Gelenk 4 nach F i g. 2 mit dem Gelenk nach F i g. 1 identisch gebaut.

Das Abstützelement 23 der in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele eignet sich nur für Gelenke mit verhältnismäßig kurzer Gleitstrecke. Für ein Gelenk mit sich aus Auswärtsbewegung und Schubbewegung zusammengesetzter langer Gesamtgleitstrecke muß das Abstützelement teilweise oder vollständig in das Gelenkhülsenelement eindringen können, ohne sich mit dessen Segmentarmen zu überschneiden, damit das Gelenk in allen Stellungen funktionsrichtig arbeiten kann. Zu diesem Zweck isi das Abstützelement 23a nicht mehr umlaufend ausgebildet, sondern es weist drei voneinander getrennte, den Segmentarmen der Gelenkhälfte entsprechende Ausschnitte auf. Das heißt, das Abstützelement 23;» besteht aus einem Hülsenring 24c, von welchem sich radial drei Arme 29 mit balliger Endfläche 25 erstrecken. Jeder Arm weist die gleiche axiale Abmessung wie der Hülsenring 24c auf und kann mit seiner maximalen Breite zwischen die Segmciüärnic der Gclenkhälfte 11 eindringen, wobei diese Breite über ebene oder schräg zur Achse X-X der Welle 3 verlaufende Seitenflächen 30 zum dem Tripodelement abgewandten Ende hin abnimmt, um Winkelüberschneidungen zu verhindern.

Zwischen den Armen 29 ist die Außenfläche 246 des Hülsenrings 24c zum dem Tripodelement abgewandten Ende hin kegelstumpfförmig konvergierend ausgebildet. Die dem Tripodelement zugewandte Seite der Arme 29 ist mil einer rillenförmigen Vertiefung 31 ausgebildet, und die entgegengesetzte Seite mit einer Entlastungsaussparung 32.

Der Hülsenring 24c wird durch einen die Welle 3 umgebenden, gegen eine auf der Welle ausgebildete Schulter 34 anliegenden Klemmring 33 axial in Anlage gegen das Hülsenstück 6 des Tripodelements gehalten. Die Rollkörper des Tripodelements sind jeweils mit kleinem Spiel in der riüenförrnigcn Vertiefung 3! der Arme 29 aufnehmbar, so daß eine winklige Verkeilung des Abstützelements 23a gegenüber dem Tripodelement gewährleistet ist und seine Arme 29 bei Schubbewegungen gut in die Gelenkhälfte einzudringen vermögen.

Auch bei dieser Ausführungsform ist, wie bei dem Gelenk nach Fig.2, ein elastisches Anschlagstück 28 vorgesehen. Außerdem ist auch hier das Abstützelement 23a auf der Welle 3 mit einem Radialspiel angeordnet, dessen Betrag im wesentlichen der Umlaufamplitude des Tripodelements unter einem der äußersten Endstellung des Gelenks entsprechenden Arbeitswinkel, d. h. bei gegenseitiger Beaufschlagung der balligen Flächen 19 und 25, entspricht.

Die Konstruktion nach F i g. 3 ist für jedes Gleitgelenk geeignet, ist aber vorzugsweise für Gelenke mit großer Gleitbewegung gedacht, da einerseits das Abstützelement 23a weniger massiv als das Element 23 nach F i g. 1 und 2 ausgebildet ist und andererseits die Montage komplizierter ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kraftübertragungsvorrichtung zwischen Ausgleichgetriebe und Treibrad bei einem Kraftfahrzeug, mit einer axial beweglich gelagerten Zwischenwelle, weiche an ihren beiden Enden elastische Elemente aufweist und ein Antriebselement und ein Abtriebselement miteinander verbindet, und mit jedem dieser Elemente über ein homokinetisches Gleitgelenk in Tripod-Bauart verbunden ist, wobei die eine Gelenkhälfte hülsenförmig ausgebildet ist und die andere Gelenkhälfte mit einem Hülsenstück mit drei Zapfen und darauf angeordneten, nadelgelagerten Rollkörpern versehen ist, dadurch ge- is kennzeichnet, daß in Kombination die elastischen Elemente, wie an sich bekannt, identisch ausgebildete Schraubenfedern (14) sind, daß auf der von den Schraubenfedern (14) abgelegenen Seite der die Rollkörper (8) tragenden Gelenkhälfte Abstützelemente (23; 23a) mit balliger Abstützfläche (23) auf der Zwischenwelle (3) gelagert sind, und daß die ballige Abstützfläche (25) bei Normallage der Zwischenwelle (3) mit Abstand zu einer konkaven Innenfläche (19) eines mit der hülsenförmigen Gelenkhälfte (11) verbundenen Mantels (16) liegt.

2. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (23) axial und radial beweglich auf der Zwischenwelle (3) angeordnet ist und daß zwischen dem Abstützelement (23) und dem Hülsenstück (6) ein elastischer Ring (27)^ingesf- H ist.

3. Kraftüberiragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic' ;iet, daß jedes Gelenk (2; 4) in beiden Gleitrichtungen mit einem elastisehen Stoßdämpferorgan (Anschlagstück 28) versehen ist, welches starrer als die Schraubenfedern (14) ausgebildet ist.

4. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstütz- 4» element (23a) axial fest auf der Zwischen welle (3) mit radialem Spiel angeordnet ist und drei, durch drei Einschnitte voneinander getrennte Arme (29) aufweist, weiche in die Segmente der hülsenförmigen Gelenkhälfte (U) eingreifen und deren Seitenflächen (30) gegenüber der Achse (X-X) der Zwischenwelle (3) geneigt verlaufen, wobei die dem Tripod-Element (5) zugewandte Fläche (29) jeden Armes eine rinnenförmige Vertiefung (31) zur Aufnahme eines Rollkörpers (8) des Tripod-Elements aufweist.