-
Gegenstand: susgleichsgelenk, insbesondere für Lenk-
-
spindeln bei Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Ausgleichsgelenk, insbesondere für Lenkspindeln bei 1,raftfahrzeugen
in L7'0rUI eines winkelbeweglichen, zwei Gabeln und einen Gelenkzwischenteil aufweisendes
Gelenkes (Kardangelenk, 8Nreuzgelenk, Kugelgelenk), wobei das Gelenk vier, in einer
Ebene um jeweils 90° gegeneinander versetzte Gelenkzapfen aufweist und die Gelenkzapfen
paarweise in Lagerbohrungen der Gelenkteile aufgenommen sind, wobei der Imnerldurchmesser
der Lagerbohrungen erheblich größer ist, als der Außendurchmesser der Gelenkzapfen,
so daß zwischen der Wandung der gepaarten Teile ein hohlzylinderförmiger Zwischenraum
ausgespart ist.
-
Die zur Zeit herrschende, ohne Zweifel berechtigte Tendenz, mit den
von der Natur angebotenen Energievorräten möglichst sparsam umzugehen, macht sich
auch auf dem Kraftfahrzeugbausektor bemerkbar. Unter anderem werden kleinere Eraftfahrzeuge
gefertigt, die auch ein geringeres Gewicht haben, die einzelnen Konstruktionsteile
und Kon5-truktionsgruppen sind vereinfacht. In dieses Bemühen, die Konstruktionsteile
bzw. Konstruktionsgruppen zu vereinfachen, ohne jedoch dadurch ihre Verläßlichkeit
und Brauchbarkeit zu beeinträchtigen, ist auch die Lenkeinrichtung einbezogen, wobei
hier danach getrachtet wird, zwischen der Achse des Lenkgetriebes und dein Lenkrad
eine möglichst geradlinige Verbindung zu schaffen, so daß daß die hier in der Regel
bislang verwendeten kostspieligen und schweren Gelenkwellen vermieden werden können.
Damit die Lenkung einwandfrei funktioniert und während des Lenkens ein möglichst
gleichmäßiger Lenkwiderstand mit dem Lenkrad überwunden werden kann, ist es unabdingbar
notwendig, daß die Lenkspindel einerseits und die mit ihr verbundene Antriebswelle
des Lenkgetriebes andererseits exakt fluchten. Einer solchen Forderung ist in der
Praxis
kaum mit erträglichem Aufwand Rechnung zu tragen, mit Winkelabweichungen bis zu
100 muß erfahrungsgemäß gerechnet werden, darüberhinaus sind noch Langsverschiebungen
infolge von Wärmedehnungen und konstruktiv bedingte Fehler mit zu berücksichtigen.
Es ist daher notwendig, zumindest ein Ausgleichsgelenk zwischen den zu verb in denden
Bauteilen vorzusehen.
-
Eine einfache gelenkige Kupplung, wie sie zum Stand der Technik gehört,
stellt die sogenannte Hardy-Scheibe dar, die zur bbertragung kleiner Drehmomente
verwendet wird.
-
Die zu verbindenden Wellenenden sind mit Flanschen oder Naben ausgestattet,
die gegeneinander gerichtete, in Umfangsrichtung versetzte Bolzen aufweisen. Zwischen
den erwähnten Flanschen oder Naben ist dann eine Gummi-Gewebescheibe angeordnet,
in welche diese Bolzen ragen. Die Gewebe der Zwischenscheibe sind derartig gearbeitet,
daß Kette und Schuß der einzelnen Gewebelagen zueinander versetzt angeordnet sind,
so daß die Festigkeit in jeder Richtung gegen Drehung, Zentrifugalkraft und Biegung
die gleiche ist. Sie vermag Winkelverlagerungen bis zu 30 aufzunehmen, besitzt eine
gewisse Drehelastizität und ist bei Vrehrichtungswechsel spielfrei. Diese Hardy-Scheibe
würde sich daher zur Lösung der anstehenden Probleme bestens eignen, ihr Nachteil
ist jedoch, daß sie nicht beliebig klein gefertigt werden kann. Diese Scheiben besitzen
einen Durchmesser von mindestens 80 mm und scheiden daher allein schon aus dies-ém
Grunde für den vorliegenden Fall als Ausgleichsgelenk aus.
-
Darüberhinaus wäre bei der Verwendung oder Anwendung einer solchen
Hardy-Scheibe eine zusätzliche Sichezurg einzubauen, damit, wenn dieses Kupplungselement
als irgend einem Grund seinen Dienst versagen würdeX die Lerikung nicht zur Ganze
unkontrollierbar würde. Eine solche zusätzliche Sicherung bedingt einen weiteren
Platzbedarf. Hardy-Scheiben scheiden daher zur Lösung des anstehenden Problems aus.
-
Eine Lenkspindel' die das eingangs aufgezeigte Problem zu lösen versucht,
ist bereits bekannt geworden. Diese Lenkspindel besteht aus zwei Rohrstücken von
etwa gleicher Länge. Die einander zugewandten Endabschnitte dieser Rohr-: stücke
kragen seitlich aus, wobei an diesen- auskragenden Enden Blansche angesetzt sind.
Aufgrund der erwähnten Auskragungen können nun die Flansche so aneinander anliegen,
daß sich im Kollisionsfalle die Lenkspindel verkürzt. Zur Verbindung der beiden
Rohrstücke sind am einen Flansch zwei Zapfen. angeordnet, im anderen Flansch dazu
korrespondierende Bohrungen, wobei jedoch die Bohrungen einen erheblich größeren
Durchmesser aufweisen, als die Zapfen Dieses Lagerspiel wird durch eingesetzte Gummihülsen
überbrückt.
-
Dadurch ist im beschränkten Maße eine Biegebeweglichj-eit der Rohrstücke
gegeneinander gegeben. Der achtel dieser Konstruktion ist, daß diese Biegebewegliciilit
in extremer Weise winkelabhängig ist. Darüberhinaus sind die hier erwahr.ten Flansche
relativ groß bemessen und liegen im Mittelbereich der Lenkwelle, so daß sie, falls
sie in einem Kleinwagen eingebaut ist, im Kollisionefall den Kniebereich des Fahrers
gefährdet.
-
Ferner ist es bekannt, Wellen, die entweder nicht fluchten oder die
während der Drehmomentenübertragung ortsveränderlich snd, über Gelenkwellen zu verbinden,
die paarweise Kardangelenke, Kreuzgelenke oder Kugelgelenke aufweisen.
-
Solche Gelenkwellen mit paarweise angeordneten Gelenken werden vor
allem zur Aufnahme großer Winkelverlagerungen verwendet. Dabei laufen die Zapfen
dieser Gelenke in Nadellagern, um die Reibungsverluste gering zu halten. Diese Gelenkwellen
werden vor allem dann eingesetzt, wenn es gilt, hohe Drehmomente zu übertragen.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung zur
Aufgabe gestellt, für eine Lenkeinrchtiing der
e:a67angs geschilderte
n Art ein Ausgleichsgelenk zu schaffen, das aus den erwähnten Gründen sehr klein
gebaut werden kann, das einen Beugungswinkel bis ca. 80 zuläßt und welches im Bereich
einer vollen Umdrehung einen gleichmäßigen Widerstand aufweist; das Gelenk soll
ferner, falls es beschädigt wird oder Schaden erleidet, seine tbertragungseige:nschaften
zumindest in beschränktem Umfang beibehalten, und es soll möglichst billig herstellbar
sein.
-
Die Erfindung löst nun diese komplexe Aufgabe dadurch, daß der hohlzylinderförmige
Zwischenraum mit einem gummielastischen Material gefüllt ist Bei einer zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung wird das gummielastische Material als Hülse vorgeformt
und diese Hülse wird dann in den hohlzylinderförmigen Zwischenraum eingesetzt. Es
ist aber auch möglich, den Zwischenraum auszugießen oder auszuspritzen mit einem
Material, das diese gummielastischen Ligenschaften besitzt. In einer weiteren erfindungsgemäßen
2'iaßrahme ist noch ferner vorgesehen, daß die von den Gelenkteilen ausgesparten
bzw. begrenzten Zwischen- und Hohlraume zur Gänze oder mindestens zum Teil von einem
solchen Material ausgefüllt sind.
-
Besonders preisgünstig läßt sich ein solches Ausgleichsgelenk dann
herstellen, wenn die Gelenkzapfen als einstückiger, durch Fließpressen gefertigter
Bauteil (Zapfenkreuz) ausgebildet sind und dieser Bauteil in seiner, ausschließlich
durch Fließpressen gewonnenen Form eingesetzt ist. Ein solches Herstellungsverfahren
für Zapfenkreuze ist beispielsweise durch die CH-SS 617.368 bekannt geworden.
-
Nach dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren können Zapfenkreuze
mit hoher Genauigkeit und auf einfache Weise gefertigt werden, die im vorliegenden
Fall keiner weiteren formgestaltenden Bearbeitung bedürfen Die Zapfen des durch
Fließpressen gewonnenen Zapfenkreuzes müssen weder abgedreht,
noch
abgeschliffen, noch sonst wie formgestaltet bearbeitet werden. Die Zapfenkreuze
können so eingebaut werden, wie sie die BlieSpresSmaschine verlassen.
-
Unter Berücksichtigung des Standes der Technik ist der erfindungsgemäße
Vorschlag keineswegs naheliegend, denn es wird hier ein relativ teures und außerordentlich
bewegliches Gelenk zum Ausgleich großer Beugungswinkel und zur tbertragung hoher
Drehmomente zur Lösung einer Aufgabe eingesetzt, wo es auf eine geringe Beweglichkeit
ankommt, geringe Beugungswinkel und niedere Drehzahlen und geringe Drehmomente zu
übertragen sind und wobei dennoch eine außerordentlich platzsparende, sichere und
vor allem auch billige Lösung erzielt wird. Gelenke dieser Art haben einen Durchmesser
von kleiner als 40 mm und sie erfüllen alle an Wellenverbindungen für Lenkmechanismen
gestellte Forderungen.
-
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es zeigen die Fig. 1 und 2 das erfindungsgemäße Gelenk in Ansicht und im Querschnitt;
Fig. 3 die prinzipielle Anordnung und Gestaltung der Lenkung.
-
Das Ausgleichsgelenk nach den Fig. 1 und 2 besitzt zwei U-förmige
Gabeln 1 und 2, die mit den Enden der wellen 3 und 4 verbunden sind. Die Gabelwangen
weisen fluchtende Bohrungen 6 auf. Wie bei solchen Gelenken üblich, übergreifen
sich die Gabeln 1 und 2 mit ihren offenen Seiten und nehmen zwischen sich das sogenannte
Zapfenkreuz 5 (Fig. 2) auf.
-
Dieses Zapfenkreuz mit den Zapfen 7, 8, 9 und 10 ist einstückig ausgebildet
und in einem Fließpreßverfahren hergestellt. Es wird aus einem zylindrischen Rohrstück
gewonnen, welches durch einen zweckmäßigerweise mehrstufigen Preßvorgang in dieses
Zapfenkreuz umgeformt wird. Das durch den
Bließpre3vorgang gewonnene
Zapfenkreuz 5 wird hier in dieses Gelenk so eingesetzt, wie es aus der Presse gewonnen
wird, ohne daß seine Form einer weiteren Überarbeitung oder Bearbeitung bedarf.
Wesentlich ist, daß der DuronrneRser d der Zapfen 7 - 10 erheblich kleiner ist als
der Durchmesser D der Lagerbohrungen 6 und daß der dadurch gewonnene Zwischenraum
in Form eines Hohl zylinders mit einem gummielastischen Material, hier in Form einer
Gummihülse 11 ausgefüllt ist. Anstelle von getrennt gefertigten Hülsen 11 ist es
möglich, das Gelenk mit einem solchen Material ganz oder zumindest teilweise aus
zu spritzen oder auszugießen.
-
Fig. 3 zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer solchen Lenkung.
flit dem Lenkrad 12 drehfest verbunden ist das Rohrstück 4, welches über Lager 13
mit Karosserieteilen des Kraftfahrzeuges verbunden ist. An Ende des Rohrstückes
3 ist eine innen verzahnte Hülse 14, die in sich den gezahnten Wellenstummel 15
des Lenkgetriebes 16 aufnimmt. Der konstruXtions- bzw. montagebedingte Fehlerwinkel
ist hier ebenfalls eingetragen. Im Bereich der Karosseriedurchführung 17 ist das
oben beschriebene Gelenk angeordnet, das dank des beschriebenen Aufbaues äuBerst
klein und trotzdem sicher gestaltet werden kann. Solche Gelenke lassen sich mit
einem Außendurchmesser von ca. 40 mm bzw.
-
kleiner gestalten. Auch wenn durch schädigende Einflüsse, die eine
oder andere Gummihülse zerstört werden sollte, wird dadurch die Lenkung nicht unkontrollierbar.
Der Umstand, daß bei solchen Kardangelenken die Bewegungsübertragung nur unter bestimmten
Voraussetzungen gleichförmig ist, die im beschriebenen Fall nicht geschaffen werden
können, beeinträchtigt jedoch die Brauchbarkeit der vorgeschlagenen Lösung nicht,
da einerseits die Beugewinkel und andererseits die
Drehgeschwindigkeiten
klein sind. Aufgrund der geringen Abmessungen des Ausgleichsgelenkes ist es auch
möglich, was die Fig. 3 sehr anschaulich zeigt, daß dieses Gelenk in den Bereich
der Karosseriedurchführung 17 verlegt werden kann und somit das Ausgleichsgelenk
relativ weit vom Lager 13 der Welle 4 liegt, wodurch, bei vorgegebener seitlicher
Abweichung des Lagers 13, der auszugleichende Winkel kleiner wird, als wenn dieses
Ausgleichsgelenk aus irgend welchen konstruktiven Rücksichten näher an diesem Lager
15 liegen müßte.
-
Die Wandstärke dieser Gummihülse bzw. die Wandstärke des Hohlzylinders,
der von den Wandungen der Bohrung und der Zapfen begrenzt wird, beträgt ca. 2 oder
mehr Millimeter.
-
In den Fig. 1 und 2 wurde ein Kardangelenk gezeigt, dessen Gabelteile
aus U-förmig gebogenen bandartigen Werkstücken besteht, an welchen diese Wellen
3 und 4 jeweils angeschweißt sind. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Gelenksteile
auch anders auszubilden, Auch diese können aus Rohrstücken durch Fließpressen gewonnen
werden. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten gabelartigen Gelenksteile beschränkt,
wogegen vermerkt sei, daß unabhängig von der Form und Fertigungsart der gab el artigen
Gelenksteile die Verwendung von fließgepreßten Zapfenkreuzen 5 außerordentlich vorteilhaft
ist, um solche Gelenke mit geringem finanziellen Aufwand zu fertigen.
-
Die Gummihülse 11 besitzt zweckmäβigerweise einen auL<eren
Mantel 20 und sie ist so lange bemessen, caü: sie an Hittelteil des Zapfenkreuzes
5 ansteht. Zur Sicherung ihrer axialen Lage besitzt dieser Mantel 20 eine äuQere
eingestochene Nnt, in Welche ein Federring 21 eingesetzt ist (Fig. 2). Außer solchen
Federringen können auch andere tEttel zur Lagefixierung verwendet werden.