DE19616274A1 - Kardan-Gelenk für Gelenkwellen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kardan-Gelenk für Gelenkwellen, insbesondere für Lenkwellen bzw. Lenksäulen, und geht aus von einem Gelenk mit den Merkmalen im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Gelenk sieht eine neuartige Konstruktion und Formgebung vor, die die gestellte Aufgabe mit maximaler Sicherheit und Wirksamkeit löst.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf den mechanischen Sektor und insbesondere auf Motorfahrzeuge mit der spezi­ ellen Anwendung auf deren Lenkwellen bzw. Lenksäulen, bei denen die Bewegung nicht über eine längliche Welle oder Säule, die in einem einzigen Stück ausgebildet ist, übertrag­ bar ist, sondern infolge der mechanischen Eigenschaften und auch konstruktiven Bedingungen moderner Motorfahrzeuge, bei denen für die Fahrgäste und den Fahrer ein maximaler Raum zur Verfügung zu stellen ist, und auch im Hinblick auf andere technische Gegebenheiten dafür Vorsorge zu treffen ist, daß die Übertragung der Bewegung, z. B. der Lenkung und derglei­ chen, eine Richtungsänderung zulassen muß, so daß sowohl die Fahrerposition als auch das Lenkgehäuse bzw. Lenkgetriebe an einer Stelle relativ zum Motor gekoppelt werden können, die normalerweise im vorderen Bereich des Fahrzeugs liegt. Die Kardan-Verbindung kann auch auf andere Arten von Fahrzeugen immer dann angewendet werden, wenn die übertragene Bewegung sich ändernden Richtungen unterliegt, bis sie ausgehend von einem Punkt am anderen Ende der Welle je nach Anforderungen im jeweiligen Benutzungsfall einen gewünschten Punkt er­ reicht. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung allgemein Gelenkwellen, d. h. durch Gelenke unterteilte Wellen.

Bekannte technische Lösungen im Hinblick auf die zuvor dar­ gelegten Gegenstände unter Beachtung der Sicherheit und des zur Verfügung stehenden Raumes gehen von einer Lenkwelle aus, bei der ein Ende der Welle, das hier das Einsatzteil oder männliche Teil genannt wird, in das Innere eines aufnehmenden Teil vom anderen Ende der Welle eingesetzt wird, wobei wahl­ weise Antischwingungs- oder Antistoßmittel wie elastische Gelenkteile, Dichtmittel oder dergleichen zwischen diesen Teilen angeordnet sind und eine Relativbewegung zwischen den beiden Teilen über eine Schraub- oder Bolzenverbindung ver­ hindert wird, wobei ein Schraubbolzen die beiden Teile, die mit entsprechenden Durchstecköffnungen für den Schraubbolzen versehen sind, sichert.

Der Schraubbolzen nimmt auch Torsionskräfte zwischen den Enden der unterteilten Welle auf und verhindert auch eine axiale Bewegung zwischen den zuvor erwähnten Enden des auf­ nehmenden Teils und des Einsatzteils, wobei er als Sicher­ heitselement im Fall einer Kollision wahlweise in Abhängig­ keit seines größeren oder geringeren Widerstandes betätigbar oder auslösbar ist.

Ein anderer technischer Aspekt, der auch in Betracht gezogen wurde, besteht darin, eine leicht zusammenfügbare und zer­ legbare unterteilte Lenkwelle vorzusehen, wobei die Leich­ tigkeit des Zusammenbaus und des Auseinandernehmens nicht die Zuverlässigkeit und Sicherheit beeinträchtigen sollte, da das Kardan-Gelenk, bevor es in sich zusammenfällt, imstande sein sollte, axialen Kräften zu widerstehen, ohne daß sich etwa einige seiner Komponenten von den anderen lösen, d. h. ent­ sprechend der heutzutage häufigsten Lösung das innere Ein­ satzteil sich aus dem es umgebenden aufnehmenden Teil löst.

Es müssen auch andere Bedingungen erfüllt sein, d. h. die Übertragungswelle mit ihrem Kardan-Gelenk darf Schwingungen, die durch Bauteile oder Einrichtungen, die in einem Ende der Welle hervorgerufen werden, weder weiterleiten noch verstär­ ken, noch als Übertragungsteil für solche Schwingungen wir­ ken und diese zu dem Fahrer des Fahrzeugs übertragen. Folg­ lich müssen die übertragenden Wellen Antischwingungselemente enthalten, die imstande sind, eine Anzahl Schwingungen und Bewegungen sowie Stöße zu absorbieren, die die Welle beein­ flussen, so daß ein Schütteln und Schwingungen des Fahrers sowie auf ihn einwirkende Geräusche vermieden werden, die auch im Hinblick auf andere Komponenten, mit der die Welle in Kontakt ist, zu vermeiden sind, die zu mannigfachen Störungen der Fahrgäste innerhalb des Fahrgastraums führen könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges und verbessertes Kardan-Gelenk anzugeben, das die erwähnte Schraube bzw. den Bolzen vermeidet, dennoch eine axiale Bewe­ gung der zu koppelnden Teile vermeidet und die Kopplung der Teile einfach gestaltet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Gemäß der Erfindung ist ein gängiges Kardan-Gelenk mit einem gabel- oder jochartigen Teil, dessen Enden oder Flügel mit Ausnehmungen für die üblichen Anlenkmittel- und -lager ausge­ stattet sind, mit einem röhrenartigen Teil als Einsatzteil und einem Körperteil der Gabel versehen, das als das aufneh­ mende Teil dient, wobei zwischen dem aufnehmenden Körperteil und dem röhrenartigen Teil ein Stoß- und Schwingungsabsorber vorgesehen ist. Als Mittel zur Verhinderung der axialen Be­ wegung und gleichzeitig als Mittel zur Ankopplung der beiden Teile für einen leichten Zusammenbau der Welle sowohl im Her­ stellungsbetrieb als auch bei deren Reparatur sind die Enden des röhrenartigen Teils und des aufnehmenden Körpers auf der der Gabel zugewandten Seite mit speziellem Querschnitt und spezieller Ausbildung ihrer seitlichen Flächen versehen.

Dabei variiert die örtliche Ausbildung speziell der äußeren Oberfläche des röhrenartigen Einsatzteiles und der inneren Oberfläche des aufnehmenden Körpers zur Verhinderung einer axialen Bewegung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der aufnehmende Körper an seinem der Gabel zugewandten Ende mit Vorsprüngen versehen, die im wesentlichen mit dem Ende des aufnehmenden Teils gleichverlaufend oder konform derart merklich verbogen oder eingeschnürt sind, daß das röhrenar­ tige Einsatzteil unter Druckeinwirkung im Klemm- oder Preß­ sitz in das Innere des aufnehmenden Körpers hineingesetzt werden kann und aus dieser Position nicht mehr herauskommen kann, außer im Fall einer Kraftausübung mit Kräften, die über den bei normalen Betriebsbedingungen auftretenden Kraftwer­ ten liegen. Diese spezielle Wirkung der Oberflächenausbildung durch eine spürbare Verbiegung beider Teile wird ergänzt durch die Wirkung der Vorsprünge, vorzugsweise in Form von nasenartigen Vorsprüngen, die beispielsweise durch flansch­ artige Einbördelungen gebildet, die als Paar vorgesehen sind und sich nach innen abbiegen und zwar unter einem Winkel von 90° zum Ende des röhrenartigen Einsatzteils, wobei durch diese Vorsprünge verhindert wird, daß das röhrenartige Ein­ satzteil sich in das Innere des umgebenden Aufnahmekörpers hineinversetzt.

Diese spezielle der Kupplungseinrichtung wird durch eine Än­ derung des Querschnitts des Einsatzteils entsprechend einer Änderung im Querschnitt des aufnehmenden Körpers erzielt, wobei der Einsatz oder die Einfügung des ersteren in das Innere des letzteren in einer einzige möglichen Stellung, d. h. der korrekten Stellung, erleichtert wird.

Das Stoß oder Schwingungsmaterial bedeckt teilweise in Längsrichtung die gesamte seitliche Oberfläche des Einsatz­ teils und auch des aufnehmenden Körpers. Als Material für den Absorber kann z. B. gespritztes Polymermaterial wie Kaut­ schuk oder ähnliches Material dienen. Vorzugsweise werden zwei Querschnittsbereiche des inneren Einsatzteils und äußeren Aufnahmekörpers unterschieden und zwar ein erster Querschnittsbereich, in dem der aufnehmende Körper im wesent­ lichen flache Basisteile und im wesentlichen abgerundete Seiten umfaßt, und ein zweiter Bereich nahe der Flügel der Gabel des Kardan-Gelenks, bei dem die runden Seiten ebenfalls rund, jedoch einen geringeren Krümmungsradius aufweisen. Im Fall des röhrenartigen einzusetzenden Elements liegt im er­ sten Bereich vorzugsweise ein kreisrunder Querschnitt vor, der sich im zweiten Bereich nahe der Flügel zu einem im we­ sentlichen rechtwinkligen Querschnitt mit abgerundeten Kanten ändert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die Erfindung nicht auf die spezielle Details des in den Zeichnungen dargestellen Ausführungsbeispiels beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kardan-Gelenks;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der durch 2-2 angezeigten Schnittlinie der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der mit 3-3 in Fig. 1 gezeigten Schnittlinie;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der mit 4-4 in Fig. 1 angezeig­ ten Schnittlinie und

Fig. 5 einen Längsschnitt entlang der in Fig. 1 mit 6-6 an­ gezeigten Schnittlinie.

In der Zeichnung sind die folgenden einzelnen Teile darge­ stellt:
ein Kardan-Gelenk oder Universal-Gelenk 11, ein röhrenartiges Teil 12, ein zylindrischen Teil 12a, ein rechteckiger Ab­ schnitt 12b, ein Gabel- oder Jochkörper 13, flache oder ebene Basisbereiche 13a, gekrümmte Seiten 13b, ein Stoßdämpfer oder Schwingungsabsorber 14, eine integrierte Gabel oder ein Joch 15, Schwingen 15a der Gabel 15, ein Universal-Gelenk 16, ein elastisches Gelenk bzw. eine Dichtung 17, Lager 18, ein wei­ teres Gabel- oder Jochteil 19, ein Lagergehäuse 20, eine ge­ krümmte oder verwundene Zone 21 sowie nasenartige Vor­ sprünge 22.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das gefilterte oder durchdrungene Kardan-Gelenk 11 aus dem röh­ renartigen Teil 12, das ein männliches oder äußeres Teil bil­ det und in das Innere des Körpers 13 oder des aufnehmenden bzw. weiblichen Teils der Gabel 15 eingesetzt ist, gebildet, wobei das Teil über entsprechende Bauteile wie das Universal­ gelenk oder Kreuzgelenk, das elastische Gelenk und Lager 16, 17 bzw. 18, die in den Zeichnungen nicht im einzelnen darge­ stellt sind und für eine gelenkige Verbindung bzw. Lagerung mit der Gabel 15 und für eine Übertragung der Bewegung auf das Jochteil 19 sorgen, an die Gabel 15 angelenkt ist und Bewegungen auf das weitere Joch- oder Gabelteil 19 über­ trägt. Ein Ende des röhrenartigen Teils 12 wirkt als das ein­ zusetzende in das Innere des Körpers 13 einzuführende Teil, wobei der Körper 13 als das aufnehmende Teil wirkt und eine Antischwingungseinrichtung oder Antistoßeinrichtung wie ein Schwingungsabsorber 14 zwischen diesen beiden Teilen liegt. Als dieser Absorber kann z. B. gespritzter Kautschuk oder dergleichen eingesetzt werden. Das Teil 12 kann in das Innere des Teils 13 nur in einer in den Fig. 3 und 4 gezeigten Stellung eingesetzt werden, da die Teile 12 und 13 eine spe­ zielle von Form ihrer inneren und äußeren Oberfläche auf­ weisen.

Die vom röhrenartigen Teil 12 aufgenommene Bewegung wird über den Stoßabsorber 14 auf die Gabel 15 und damit auf das Joch­ teil 15 übertragen, so daß die Bewegungsrichtung auf ver­ schiedene Situationen anpaßbar ist, wobei zu spezifizieren ist, daß die Bewegung im allgemeinen keiner geraden Linie folgt, sondern einer unregelmäßigen Linie, wie dies üblicher­ weise bei unterteilten Lenkwellen der Fall ist.

Um eine unerwünschte Schwingung bzw. Stoßaufnahme in der Übertragungswelle zu vermeiden, ist der Stoß- oder Schwin­ gungsabsorber 14 zwischen den Gabel- oder Jochkörper 13 und das röhrenartige Teil 12 gelegt.

Um die Einfügung des Teils 12 in das Innere des Teils 13 in einer einzigen möglichen Stellung zu erleichtern und um eine Relativverschiebung zur vermeiden, wenn die beiden Komponen­ ten gedreht werden, variiert die Formgebung der Teile 12 und 13 in deren Querschnitt in Längsrichtung so, wie aus den Fig. 3 und 4 entnehmbar ist.

Gemäß Fig. 3 ist der Querschnitt des Körpers 13 des Jochs so beschaffen, das er eine obere und untere flache Basis 13a aufweist, wohingegen die Seiten eine Krümmung 13b im wesent­ lichen in Form eines Kreisausschnitts aufweisen. Der Absorber 14 ist zwischen den dort zylindrischen Teil 12a des röhren­ artigen Teils 12 und die Basisteile 13a und seitlichen Teile 13b eingefügt, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht dargestellt, die längs der in Fig. 1 angezeigten Schnittlinie 4-4 den geänder­ ten Querschnitt der Teile 13 und 12 im Bereich der Gabel bzw. des Jochs 15 zeigt. An dieser Stelle weist der Körper 13 an seinen Basisteilen 13a dieselbe Form auf, wohingegen das röhrenartige Teil 12 im Innern des Teils 13 einen recht­ eckigen Querschnitt 12b mit abgerundeten Kanten aufweist und mit seinen Enden durch nasenartige Vorsprünge 22 gesichert ist, die sich an der Stirnseite des eingesetzten Teils 12 be­ finden und die eine Relativbewegung der Teile 13 und 14 er­ möglichen, jedoch unter normalen Bedingungen jeder uner­ wünschte Verschiebung in bezug auf diese beiden Teile verhin­ dern. An den Enden sind die beiden Teile 13 und 14 einge­ schnürt und weisen dort eine gekrümmte oder eingezogenen Zone 21 auf, die im Bedarfsfall als mechanischer Anschlag und Sperre zwischen den Elementen 13 und 12 wirkt, ohne daß eine Schwingung über das Teil 12 das Jochteil 19 erreichen kann, da, wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, der Absor­ ber 14 zwischen den Teilen 13 und 12 liegt.

Die spezielle Formgebung dieser gebogenen oder gekrümmten Zone 21 stellt in Zusammenwirkung mit den nasenartigen Vor­ sprüngen 22 sicher, daß die Teile in Axialrichtung festge­ halten werden, und zwar sowohl im Hinblick auf eine mögliche Bewegung des Teils 12 bezüglich des Teils 13 nach außen (was zu einer Demontage führen würde) als auch bezüglich einer Be­ wegung des Teils 12 in das Innere des Teils 13 hinein (was zu einem Kollabieren oder Einbrechen der Vorrichtungsteile füh­ ren würde), wobei in einem solchen Fall die Energie ent­ sprechend der geringen Ausbildung mit zusätzlicher Wirkung absorbiert wird. Die nasenartigen Vorsprünge 22 liegen in Form von flanschartigen Einbördelungen vor, wobei diese dop­ pelt bzw. paarweise vorgesehen sind, und sich nach vorn in der gezeigten Weise abwinkeln und dabei um 90° bezüglich des rechteckigen Querschnitts 12b abgewinkelt sind. Gemäß den Fig. 4 und 5 erstrecken sich die Oberseiten dieser nasen­ artigen Vorsprünge im wesentlichen konform mit der Innenseite des abgebogenen Bereichs 21 des aufnehmenden Teils 13, wobei zur Stirnseite oder zum rechteckigen Querschnitt 12b eine winkelige Aussparung der gezeigten Form vorliegt.

Die in der speziellen Weise in der Nähe der Flügel 15a aus­ gebildeten Teile 12 und 13 können aufgrund ihrer im wesent­ lichen aufeinander abgestimmten Oberflächenkrümmung dadurch zusammengefügt werden, daß das innere Teil unter Druck im Klemm- oder Preßsitz in das aufnehmende Teil 13 hineingesetzt werden kann und dort nur bei einer über einem abnormen Schwellenwert liegenden Krafteinwirkung wieder herausgeraten kann, wobei das Teil auf der in Fig. 5 rechten Seite durch die nasenartigen Ansätze und auf der linken Seite durch die Krümmung 21 gesichert ist.

Damit kann gemäß den Zeichnungen und obigen Ausführungen durch die erfindungsgemäße Auslegung des Kardan-Gelenks durch eine einfache und effektive Konstruktion, die ohne großen technischen Aufwand vorgesehen werden kann, ein vorteilhaftes und nützliches neuartiges Kardan-Gelenk realisiert werden.

Die erfindungsgemäße Ausführung ist nicht auf die speziellen Merkmale des Ausführungsbeispiels beschränkt, sondern es sind zahlreiche Modifikationen und Abänderungen denkbar, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims (7)

1. Kardan-Gelenk für eine Gelenkwelle, insbesondere Lenk­ welle bzw. Lenksäule mit einem röhrenartigen Teil, von dem ein Ende teilweise in das Innere einer integrierten Gabel eingefügt ist, deren Enden oder Flügel mit Ausnehmungen für Einrichtungen zur Anlenkung an ein Gabelteil ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stoß- und Schwingungsabsorber (14) zwischen das röhrenartige Teil (12) und einen Körper (13) der Gabel (15) eingefügt ist und teilweise in Längsrichtung die gesamte seitliche Fläche des Teils (12) und des Körpers (13) bedeckt, und daß in Längsrichtung des Teils (12) und Körpers (13) und an deren seitlicher Oberfläche Querschnittsveränderungen als Mittel zur Einkopplung des Endes vom Teil (12) in das Innere des Körpers (13) in einer einzigen Stellung und zur Kompen­ sation axialer Kräfte vorgesehen sind.

2. Kardan-Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenartige Teil (12) einen runden Querschnitt (12a) in einem erste Bereich aufweist, wobei sich dieser Quer­ schnitt in einem zweiten Bereich nahe der Flügel (15a) der Gabel (15) zu einem im wesentlichen rechtwinkligen Quer­ schnitt (15b) mit abgerundeten Ecken ändert.

3. Kardan-Gelenk nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoß- und Schwingungsabsorber (14) aus gespritztem Kautschukmaterial oder ähnlichem Material besteht.

4. Kardan-Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Einkoppeln des röhrenartigen Teils (12) in den Körper (13) durch die Enden (13b) des Körpers (13) und (12b) des Teils (12) gebildet ist, wobei diese Enden in einer gebogenen Zone (21) auslaufen, die in Zusammenwirkung mit Vorsprüngen (22) als mechanische Sperre zwischen dem Körper (13) und dem Teil (12) und zur Kompensation der axialen Kräfte dient.

5. Kardan-Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (22) in Form von flanschartigen Einbörde­ lungen vorgesehen sind, die relativ zum Ende (12b) des Teils (12) unter 90° abgebogen sind.

6. Kardan-Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Gabel (15) in ihrem Körper (13) einen ersten Querschnittsbereich (13a) aufweist, der durch flache Basisteile und im wesentlichen runde Seiten (13b) ausgebildet ist, und in einem zweiten Bereich nahe den Flügeln (15a) einen zweiten Querschnittsbereich aufweist, bei dem die zuvor erwähnten Seiten (13b) auch rund sind, jedoch einen geringe­ ren Radius als im ersten Querschnittsbereich aufweisen.

7. Kardan-Gelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausnehmungen (20), die rund sind, als die Ein­ richtungen (16, 17, 18) ein Universalgelenk, elastische Ge­ lenkteile und Lager zur Anlenkung an das Gabelteil (19) ein­ gepaßt und eingekoppelt sind.