DE3101671C2 - Elastische Gestängekupplung, insbesondere für Schaltgestänge an Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Gestängekupplung (18) hat zwei Kupplungsteile (20, 30) mit je zwei Elastomerkörpern (26 bzw. 36), die einander paarweise gegenüberliegen und je eine Wälzfläche (28 bzw. 38) aufweisen. Die Wälzflächen (28, 38) sind, in einem die Gestängeachse (A) enthaltenden Schnitt betrachtet, konkav gestaltet, und zwischen ihnen sind starre Wälzkörper (40) angeordnet, die um je eine sich quer zur Gestängeachse (A) erstreckende Wälzachse (W) abwälzbar sind. Dadurch werden Relativbewegungen der beiden Kupplungsteile gegen allmählich zunehmende Rückstellkräfte ermöglicht, nämlich geradlinige Relativbewegungen längs der Gestängeachse (A) und Beugungen um eine zur Gestängeachse (A) normale Zentralachse (Z). Die Gestängekupplung (18) ermöglicht eine feinfühlige Bewegungsübertragung zwischen Schaltknüppel (16) und Schaltgetriebe (14) eines Kraftfahrzeugs, wobei jedoch der Schaltknüppel (16) von Schwingungen des Schaltgetriebes (12) weitgehend entkoppelt bleibt, was vor allem bei frontgetriebenen Kraftfahrzeugen mit querliegendem Motor (10) vorteilhaft ist.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— die Wälzflächen (28,38) der beiden Kupplungshälften (20, 30) an je einem Elastomerkörper (26,36) ausgebildet sind,

— die zweite Kupplungshälfte (30) eine Platte (32) aufweist, die den Innenraum des Gehäuses (22) in zwei Hälften unterteilt,

— die beiuen Wälzkörper (40) rollenförmig und im Vergleich zu *ien Elüfomerkörpern (26, 36) starr sind

— und die Wälzkörper (40). ι ihren beiden Enden je einen Flansch (42) aufweisen, der an dem Gehäuse (22) und der Platte (32) abwälzbar ist, um Relativdrehungen der beiden Kupplungshälften (20, 30) um die Gestängeachse (A) zu begrenzen.

Die Erfindung betrifft eine elastische Gestängekupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Gestängekupplungen dieser Gattung sind vor allem für Schaltgestänge an Kraftfahrzeugen mit vorne querliegendem Motor vorgesehen. An solchen Motoren samt zugehörigem Getriebe treten im Betrieb Schwingungen um eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende Achse auf. Die elastische Gestängekupplung soll verhindern, daß diese Schwingungen über das Schaltgestänge auf den Schaltknüppel oder -hebel übertragen werden; deshalb muß die Gestängekupplung begrenzte axiale Relativbewegungen der durch sie miteinander verbundenen Gestängeglieder ermöglichen. Da diese Gestängeglieder zumindest in bestimmten Schaltstellungen des Getriebes nicht genau miteinander fluchten, muß die Gestängekupplung außerdem Beugungen der Gestängeglieder um zumindest eine querliegende Achse ermöglichen. Zugleich muß die Gestängekupplung aber verhältnismäßig torsionssteif, also zur Übertragung von Drehmomenten in bezug auf die Gestängeachse imstande sein. Wenn hier von Gestängeachse die Rede ist, so ist damit die Längsachse eines der beiden durch die Gestängekupplung miteinander verbundenen Gestängeglieder gemeint, mit der die Achse des anderen Gestängegliedes entweder fluchtet oder je nach Beugung der Gestängekupplung einen Winkel in der Größenordnung von im allgemeinen nicht mehr als 10 bis 20° einschließt

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Gestängekuppiung (US-PS 14 25616) sind die Wälzriächen an starren Vorsprüngen der beiden Kupplungshälften ausgebildet Der Innenraum des Gehäuses der ersten Kupplungshälfte ist durch die kreuzförmig gestaltete zweite Kupplungshälfte in vier Räume unterteilt, in

κι denen je zwei Wälzkörper angeordnet sind. Die insgesamt acht Wälzkörper sind Kugeln aus weichem Gummi.

Diese bekannte Gebtängekupplung ist beuge-, längs- und drehelastisch. Die Kugeln werden bei jeglicher

ii Auslenkung der beiden Kupplungshälften aus ihrer Ruhestellung, also bei jeder Beugung, bei jeder Längsverschiebung und bei jeder Verdrehung einer Kupplungshälfte in bezug auf die andere, immer wieder in zumindest annähernd gleicher Weise verformt, wobei

2» sich die in den Kugeln auftretenden Druck- und Schubspannungen auf engem Raum konzentrieren. Schon wegen dieser Spannungskonzentration kann die Lebensdauer der bekannten Gestängekupplung selbst dann nicht besonders groß sein, wenn nur mäßige

_>-, Auslenkungen der Kupplungshälften vorkommen. In diesem Zusammenhang muß berücksichtigt werden, daß die Kugeln sich zwar im Prinzip an den pfannenförmigen Wälzflächen der Vorsprünge abwälzen können, sich dabei aber derart verformen, daß mit zunehmender

jn Auslenkung der Kupplungshälften aus ihrer Ruhestellung die Abwälzbewegungen gegenüber den inneren Verformungen der Kugeln eine zunehmend geringe Rolle spielen, so daß sich die Kugeln kaum anders verhalten als sich beispielsweise würfelförmige EIa-

}5 stomerkörper an ihrer Stelle verhalten würden.

Abträglich für die Lebensdauer der bekannten Gestängekupplung ist ferner, daß die Kugeln gegen Überlastungen nicht oder allenfp'-ls dadurch geschützt sind, daß die Kupplungshälften unmittelbar gegeneinan-

4(i derstoßen, wenn ihre gegenseitige Auslenkung einen bestimmten Betrag überschreitet. Besonders empfindlich sind die Kugeln gegenüber kombinierten Belastungen, die sich beispielsweise dadurch ergeben, daß über die Gestängekupplung ein Drehmoment übertragen wird, während die Kupplungshälften eine axiale Relativbewegung gegeneinander ausführen.

Es ist zwar auch eine Wellenkupplung bekannt (DE-AN D 10 421), bei der an zwei axial gegeneinander beweglichen Kupplungshälften Elastomerkörper befe-

>o stigt sind, zwischen denen Wälzkörper aus starrem Werkstoff derart eingeklemmt sind, daß sie um eine sich quer zur Wellenachse erstreckende Wälzachse abwälzbar sind; die an den Elastomerkörpern ausgebildeten Wälzflächen sind jedoch — abgesehen von ihren durch

ίί das Einklemmen der Wälzkörper entstehenden Verformungen — nicht konkav gestaltet, so daß diese Wellenkupplung zumindest insoweit nicht dem Oberbegriff des Patentanspruchs entspricht und deshalb den gattungsgemäß angestrebten progressiven Widerstand w) gegen axiale Relativverschiebungen der beiden Kupplungshälften nicht erzeugen kann. Unabhängig davon ist die axiale Relativbeweglichkeit der beiden Kupplungshälften jedenfalls bei Überschreitung eines bestimmten, zwischen den Wellen übertragenen Drehmoments nicht h--i frei von Gleitreibung. Zum Schutz der Elastomerkörper gegen Überlastung bei höheren Drehmomenten weist die innere Kupplungshälfte nämlich einen radial vorspringenden Anschlag auf, der in eine Nut der

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äußeren Kupplungshäifte eingreift und dadurch die mögliche Relativdrehung der beiden Kupplungshälften gegeneinander begrenzt. Von einem bestimmten zu übertragenden Drehmoment an liegt dieser Anschlag an der einen oder anderen Seitenwand der Nut an und gleitet an ihr entlang, wenn sich die beiden Kupplungshälften axial gegeneinander verschieben. Die dabei auftretende gleitende Reibung kann die axiale Relativverschiebung erheblich erschweren und, jedenfalls bei der dargestellten Gestaltung des Anschlags und der zugehörigen Nut, zu einer raschen Zerstörung führen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Gestängekupplung der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß sie axiale Relativverschiebungen der beiden Kupplungshälften aus einer neutralen Stellung heraus gegen allmählich zunehmenden Widerstand, jedoch ohne Überbeanspruchung ihrer elastischen Teile, auch dann ermöglicht, wenn den axialen Kräften Drehmomente und/oder Beugekräfte überlagert sind. -·»

Die Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.

Dadurch, daß die Wälzflächen der beiden Kupplungshälften in an sich bekannter Weise (DE-AN D 10421)an je einem Elastomerkörper ausgebildet, die Wälzkörper dagegen verhältnismäßig starr sind, werden Druck- und Schubspannungskonzentrationen vermieden; die Wälzkörper bleiben frei von Verformungen, die ihre Abwälzfähigkeit vermindern wurden, und die Elastomerkörper werden in mehr oder weniger weiten, unter wechselnden Betriebsbedingungen jedenfalls wandernden Bereichen belastet, so daß vorzeitige Ermüdungserscheinungen vermieden werden. Zum "..!:»tz gegen Überlastung der Elastonierkörper bei Überschreibung eines bestimmten, zwischen den Kupp- r> Iungshälften zu übertragenden Drehmoments sind die Wälzkörper selbst mit ihren Flanschen vorgesehen, die einerseits an dem Gehäuse und andererseits an der Platte abwälzbar sind, so daß auch bei hohen Drehmomentbelastungen die axiale Relativverschieblichkeit im wesentlichen von der Gesialtung und Elastizität der Elastomerkörper bestimmt wird, von Reibungswiderständen also praktisch unbeeinflußt bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im 4-, folgenden anhand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht des vorderen Teils eines Kraftfahrzeugs mit Frontantrieb und einer erfindungsgemäßen Gestängekupplung. ">i>

Fig.2 eine vergrößerte Seitenansicht der zur Hälfte längs der Linie H-II in Fig.4 aufgeschnittenen Gestängekupplun,",

Fig. 3 den Querschnitt Il M Il in Fig. 2 und

F i g. 4 den Längsschnitt IV-IV in F i g. 2. v,

Das in F i g. 1 teilweise dargestellte Kraftfahrzeug hat einen Frontantrieb mit querliegendem Motor 10 samt angebautem Schaltgetriebe 12, das durch ein Schaltgestänge 14 mit einem Schaltknüppel 16 verbunden ist. Das Schaltgestänge 14 enthält eine Gestängekupplung t>o 18, die in F i g. 2 bis 4 im einzelnen dargestellt ist.

Zur Gestängekupplung 18 gehört eine erste Kupplungshälfte 20 mit einem Gehäuse 22, das an einem ersten Gestängsglied 24 des Schaltgestänges 14 befestigt, beispielsweise angeschweißt ist. Die Längsachse des GestängeglieJes 24 wird im folgenden als Gestängeachse A bezeichnet. Im Gehäuse 22 sind zwei im wesentlichen plattenförmige Elastomerkörper 26 befestigt, die zueinander und zur Gestängeachse A parallel angeordnet sind und an ihren einander zugewandten Seiten je eine Wälzfläche 28 aufweisen. Die Wälzflächen 28 sind gemäß Fig.2, in einem die Gestängeachse A enthaltenden Längsschnitt betrachtet, konkav gestaltet.

Zur Gestängekupplung 18 gehört ferner eine zweite Kupplungshäifte 30 mit einer Platte 32, die an einem zweiten Gestängeglied 34 befestigt oder mit ihm einstückig ausgebildet isL In der abgebildeten neutralen Stellung der Gestängekupplung 18 fällt die Längsachse des zweiten Gestängegliedes 34 mit der Gestängeachse A zusammen und die Platte 32 liegt parallel zu den Elastomerkörpern 26 in der Mitte zwischen diesen. An den beiden Flächen der Platte 32, die je einem Elastomerkörper 26 zugewandt sind, ist je ein Elastomerkörper 36 befestigt, beispielsweise anvulkanisiert. Die beiden Elastomerkörper 36 haben je eine Wälzfläche 38, die je einer der Wate, äche 28 zugewandt und wie diese gemäß F i g. 2 in einem die Gestängeachse A enthaltenen Schnitt betrachtet konkav gestaltet sind.

Zwischen den beiden Paaren einander zugewandter Wälzflächen 28 und 38 ist je ein Wälzkörper 40 angeordnet, der in seinem Hauptteil kreiszylindrisch gestaltet ist und an seinen beiden Enden je einen kreisrunden Flansch 42 aufweist. Mindestens ein Flansch 42 jedes Wälzkörpers 40 ist aus Montagegründen zweckmäßigerweise nachträglich angefügt und beispielsweise durch eine Schnappverbindung oder durch Kleben mit dem Hauptteil des betreffenden Wälzkörpers 40 fest verbunden. Die Achse jedes Wälzkörpers 40, die im folgenden als Wälzachse W bezeichnet wird, erstreckt sich in der abgebildeten neutralen Stellung der Gestängekupplung 18 im rechten Winkel und im Abstand zur Gestängeachse A; mit anderen Worten kreuzt jede Wälzachse W die Gestängeachse A, und die beiden Wälzacnsen W sind parallel und in bezug auf die Gestängeachse A symmetrisch angeordnet.

l;as Gehäuse 22 ist im dargestellten Beispiel aus einem ebenen Blechstreifen hergestellt, der zu einem Quadrat gebogen ist und dessen beide Enden miteinander verschweißt und/oder durch ihre Befestigung am ersten Gestängeglied 24 zusammengehalten sind. Somit weist das Gehäuse 22 zwei offene Seiten auf sowie zwei zueinander und zur Gestängeachse A parallele Seitenwände 44 und zwei zueinander parallele, zur Gestängeachse A jedoch normale Stirnwände 46. Die beiden Stirnwände 46 weisen an ihrer Innenseite je eine Elastomerbeschichtur.g 48 auf, die dünner als die Elastomerkörper 26 bemessen und mit diesen einstückig ausg'. b'ldet und in das Gehäuse 22 einvulkanisiert ist. In der einen, in F i g. 2 und 4 oberen Stirnwand 46 und der zugehörigen Elastomerbeschichtung 48 ist ;ine kreisrunde Aussparung 50 ausgebildet, durch die sich das zweite Gestängeglied 34 mit erheblichem radialen Spiel hindurcherstreckt.

Die beiden Kupplungshälften 20 und 30 lassen sich in bezug zueinander längs der Gestängeachse A verschie= ben und um eine gedachte Zentraiachse Z beugen, die sich in jeder denkbaren Stellung der Gestängekupplung 18 zumindest annähernd in der Mitte zwischen den beiden Wälzachsen Wund parallel zu diesen erstreckt. Jeder der somit möglichen Auslenkungen der beiden Kupplungshälften 20 und 30 aus der gezeichneten neutralen Stellung setzen die Elastomerkörper 26 und 36 eine elastische Rückstellkraft entgegen, die um so größer wird, je stärker die Wälzkörper <10. indem sie sich

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auf den Wälzflächen 28 und 38 abwälzen, die Elastomerkörper 26 und Ϊ6 zusammendrücken. Die Elastomerkörper 70 und 36 werden dabei im wesentlichen auf Druck in radialer Richtung der Wälzkörper 40 beansprucht und ihr auf diese Weise verdrängtes Volumen weicht vornehmlich nach den offenen Seilen des Gehäuses 22 aus. Scherbeanspruchunget; der Elastomerkörper 26 und 36 treten nur in verhältnismäßig geringem, für deren Lebensdauer jedenfalls unschädlichen Ausmaß auf.

Die erwähnten geradlinigen kelativbewegungen der Kupplungshälften 20 und 30 längs der Gesliingcachse \ werden dadurch begrenzt, daß die Platte 32 samt den daran befestigten Elastomerkorpern 36 schließlich gegen die F.lastomerbeschichiung 48 an der einen oder anderen Stirnwand 46 stoßt. Es ist jedoch \ < >n wesentlicher Bedeutung, daß bis dahin die durch Verformung der F.ia'iiomer küi pci 26 und jfi i-i'iiM.uUii.'-nen elastischen Rückstellkräftc schon eine spürbare Größe angenommen haben. Die dargestellte Gestänge kupplung 18 hat sowohl bei axialen Auslenkungen aus ihrer neutralen Stellung wie bei Beugungen eine zunächst flach und dann progressiv ansteigende Kraft-Weg-Kennlinie.

Neben den erwähnten axialen Bewegungen der beiden Kupplungshälften 20 und 30 in bezug zueinander und neben deren Beugungen um die Zensralaehse Zsind, wenn auch in geringerem Maß. Beugungen um eine die beiden Wälzachseti W schneidende Querachse Q möglich. Bei solchen Beugungen stellen sich die Wälzkörper 40 in bezug auf die Elastomerkörper 26 und 36 schräg, wobei diese sowohl durch den Hauptteil wie durch die beiden Flansche 42 jedes Wälzkö^rpers 40 verformt werden und entsprechende elastische Rückstcllkriifte ausüben.

Die (hinsehe 42 der Wälzkörper 40 können fortgelassen werden; in diesem Fall ermöglicht die Gestängekupplung 18 auch begrenzte Relativdrehungen der Gestängeglicder 24 und 34 um die Gestängeachse Λ. wobei die Elastomcrkörper 26 und 36 sich ebenfalls verformen und mit zunehmendem Verdrehwinkel zunehmende Rückstellmomente erzeugen. Wenn jedoch die Fi.irische 42 vorhanden sind. und. wie dargestellt, einen Durchmesser haoen, der fast so groß ist u ie der Abstand /wischen der Platte 32 und jeder der Seiieiiwände 44. dann ist die Gestängekupplung 18 torsionsstarr, da die Flansche 42 sich jeder Verdrehung der Gestängeglieder 24 und 34 in bezug zueinander widersetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

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   Elastische Gestängekupplung, insbesondere für Schaltgestänge an Kraftfahrzeugen, bei der

   — zwei Kupplungshälften (20, 30) gegeneinander beugbar und längs einer Gestängeachse (A) gegeneinander verschiebbar sind,

   — die eine Kupplungshälfte (20) ein Gehäuse (22) aufweist, welches die zweite Kupplungshälfte (30) sowie zwei Wälzkörper (40) umschließt,

   — an den beiden Kupplungshälften (20, 30) einander paarweise gegenüberliegende Wälzflächen (28, 38) ausgebildet sind, von denen wenigstens eine Wälzfläche jedes Paars, in einem die Gestängeachse (A) enthaltenden Schnitt betrachtet, konkav gestaltet ist,

   — und an den Paaren von Wälzflächen (28, 38) je einer der Wälzkörper (40) um eine sich quer zur Gesiinseachse (A) erstreckende Wälzachse CW; abwälzbar ist, '