DE202004020194U1

DE202004020194U1 - Durchleitung durch ein Kardangelenk

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Publication number: DE202004020194U1
Application number: DE200420020194
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2014-12-31

Abstract

Kardangelenk (1) mit Durchführung, wobei das Kardangelenk (1)
– ein Gelenkkreuz (2) und
– zwei Gelenkgabeln (3a, b), die jeweils auf zwei einander gegenüberliegenden Endzapfen (4a, b, 5a, b) des Gelenkkreuzes (2) schwenkbar gelagert sind, umfasst sowie
– je einen mit einer der Gabeln (3a, b) fest verbundenen Ansatzstützen (6a, b) dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung wenigstens einen elastischen, seilförmigen Teil, insbesondere Federteil (7), aufweist.

Description

I. Anwendungsgebiet
Kardangelenke, die bekannterweise aus einem Gelenkkreuz und zwei daran angreifenden Gelenkgabeln bestehen, werden benutzt, um zwei drehende Wellen oder auch stillstehende Achsen winkelausgleichend miteinander zu verbinden.
II. Technischer Hintergrund
Dabei besteht teilweise das Problem, dass neben der mechanischen Verbindung auch eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Wellen bzw. Achsen hergestellt werden soll, bei der eine Beschädigung durch die Bewegungen des Kardangelenkes natürlich vermieden werden soll.
Wegen der vielfachen Bewegungsmöglichkeiten eines Kardansgelenks, auch über größere Winkelbereiche, wurde in der Vergangenheit bereits versucht, Beschädigungen zu vermeiden, indem die elektrische Durchführung beispielsweise durch das Innere des Gelenkkreuzes und deren Gelenkzapfern erfolgte, was jedoch aufwendig in der Herstellung und ebenso aufwendig im Falle einer Reparatur der elektrischen Verbindung ist.
Ebenso wurde versucht, die mechanisch miteinander verbundenen Teile, also Gelenkgabeln einerseits und Teile des Gelenkkreuzes andererseits, elektrisch leitend auszubilden und durch elektrische Trennung des Gelenkkreuzes in zwei Hälften über die mechanisch gekoppelten Teile direkt auch die elektrische Verbindung herzustellen.
Neben der aufwendigen Herstellung ist dabei der Nachteil, dass durch die notwendige Gleitreibung und damit zum Teil Schmierung oder auch unbeabsichtigte Verschmutzung zwischen den beiden aufeinander gleitenden Teilen auch deren elektrische Verbindung beeinflusst wird und nicht gleichmäßig gut gewährleistet werden kann.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass Kardangelenke zur Verbindung zweier Baugruppen verwendet werden, bei denen unbedingt sichergestellt werden muss, dass die mechanische Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten unter allen Umständen aufrechterhalten bleibt. Ein typischer Anwendungsfall sind Anhängerkupplungen zu einem ebenfalls angetriebenen Anhänger hin. Dabei besteht die Gefahr nicht unbedingt dahin, dass das Kardangelenk selbst abreißt, sondern unter Umständen die Verbindungen des Kardangelenks zu den angrenzenden Bauteilen nicht ausreichend stabil für alle Belastungsfälle ausgebildet sind.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Kardangelenk mit Durchführung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen und auch zu reparieren ist und entweder als elektrische Durchführung oder Seilsicherung oder beides kombiniert benutzt werden kann.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch Realisierung der Durchführung mittels eines elektrisch leitenden, elastischen Teils, insbesondere eines Federteiles oder Drahtes, jedenfalls eines lang gestreckten und in Form gelegten elektrisch leitenden Teiles, ist eine elektrische Durchführung einfach und kostengünstig aus Standardmaterialien herzustellen.
Durch die analoge Anordnung eines in seiner Längsrichtung reißfesten Seiles oder Kabels wird eine Abreißsicherung zwischen den beiden vom Kardangelenk verbundenen Baugruppen realisiert.
Wenn das langgestreckte seilförmige Teil sowohl für diesen Zweck ausreichend reißfest als auch elektrisch leitend ist, beispielsweise in Form eines am Außenumfang isolierten Edelstahl-Seiles, können beide Funktionen vereinigt werden in einem einzigen Bauteil.
Durch die Anordnung des seilförmigen Teils zwischen den mechanisch funktionalen Teilen, also Gelenkkreuz und Gelenkgabeln, sind teuer und aufwendig herzustellende Durchführungskanäle im Inneren dieser mechanisch wirksamen Komponenten nicht notwendig, sondern lediglich gegebenenfalls die Anordnung entsprechender Freiräume auf deren gegeneinander gewandten Außenkonturen.
Selbst dies ist vermeidbar, sofern zwischen Gelenkkreuz und Gelenkgabeln ein ausreichender Abstand vorhanden ist und zuverlässig eingehalten wird, was beispielsweise durch eine Durchmesserabstufung am hinteren, dem freien Ende entgegengesetzten, Ende der Endzapfen der Gelenkkreuze erreicht werden kann, indem die Gelenkgabeln nur am Enddurchmesser gelagert sind, und die axiale Erstreckung des sich daran anschließenden größeren Durchmessers als Abstand zwischen Gelenkgabeln und Gelenkkreuz zur Verfügung steht.
Das elastische Teil, insbesondere Federteil oder Draht, weist zwei auf die Zapfen des Gelenkkreuzes passende Wicklungen auf, von denen jede mindestens eine annähernd vollständige Windung umfasst.
Da jeweils ein Ende dieser Wicklung einerseits mit dem Gelenkkreuz und andererseits mit der entsprechenden Gelenkgabel mechanisch verbunden ist und deren Relativbewegungen zueinander mitmachen soll, wird bei einer solchen Relativbewegung die Wicklung geringfügig zusammengezogen bzw. aufgeweitet, also enger gezogen oder lockerer, jedoch fallen diese Veränderungen der Wicklung umso geringer aus, je mehr Windungen die Wicklung umfasst.
Die mechanische Beanspruchung der Wicklung ist also umso geringer mit zunehmender Anzahl der Windungen, stößt jedoch wirtschaftlich und geometrisch an Grenzen.
Die beiden Wicklungen sind über ein gebogenes oder gewinkeltes, insbesondere rechtwinkliges Verbindungsstück miteinander verbunden, so dass die beiden Wicklungen auf zwei in Umlaufrichtung zueinander benachbarten Endzapfen des Gelenkkreuzes aufgebracht werden können. Das jeweils andere Ende der Wicklungen führt als Zuführende entlang der jeweiligen Gelenkgabeln aus dem Kardangelenk heraus.
Auf diese Art und Weise können über jeweils zwei benachbarte Endzapfen und je ein dabei angesetztes Federteil bzw. Draht zwei elektrische Pole durch das Kardangelenk geführt werden, ohne auch nur annähernd einander zu nahe zu kommen.
Die Zuführenden sind mit Verbindungsvorrichtungen, insbesondere elektrischen Steckern oder mechanisch stabilen Befestigungsvorrichtungen, vorzugsweise in der Nähe der Ansatzstutzen der Gelenkgabeln angeordnet, insbesondere fest angeordnet, und können beim Ankuppeln an eine der Ansatzstutzen durch einen elektrischen z. B. Gegenstecker kontaktiert werden.
c) Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in den Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:
1: ein übliches Kardangelenk in der perspektivischen Ansicht von außen,
2: ein erfindungsgemäßes, elektrisch leitendes und/oder reißfestes, insbesondere elastisches Teil,
3: in einer Teilschnittdarstellung, die im Kardangelenk verbaute Durchführung, und
4: eine Seitenansicht der verbauten Durchführung in Prinzipdarstellung.
Die 1 und 4 zeigen in perspektivischen Darstellungen sowie im Längsschnitt ein Kardangelenk, bei denen sich die Schwenkachsen der Gelenkgabeln 3a, b damit auch des Gelenkkreuzes 2 kreuzen im Gegensatz zum Kardangelenk 1' der 3, indem diese Schwenkachsen, dort realisiert in Form separater Gelenkzapfen 4, 5, windschief zueinander liegen und sich somit nicht kreuzen.
Anhand der 1 und 4 ist zunächst ersichtlich, dass die gabelförmigen, beiden Fortsätze jeder der beiden Gelenkgabeln 3a, b bei einem Kardangelenk 1 auf den beiden jeweils einander gegenüberliegenden Gelenkzapfen 4a, b bzw. 5a, b des Gelenkkreuzes 2 schwenkbar gelagert sind, und dadurch einen Winkelversatz zwischen den beiden Gelenkgabeln 3a, b, die auf ihren von dem Gelenkkreuz 2 wegweisenden Enden in der Regel einen Ansatzstutzen 6a bzw. 6b aufweisen, der parallel zur Erstreckungsrichtung der zinkenförmigen Fortsätze verläuft, auszugleichen.
Dabei werden derartige Kardangelenke für den Winkelausgleich von drehenden Antrieben verwendet, indem der eine Ansatzstutzen z. B. 6a drehend angetrieben wird und dadurch auch unter einem sich ändernden Winkelversatz den anderen Ansatzstutzen 6b der anderen Gelenkgabel antreibt. Oder ein solches Kardangelenk 1 wird auch zur nicht drehenden, stillstehenden, aber dennoch winkelausglei chenden Verbindung von Bauteilen benutzt, die dann einerseits am Ansatzstutzen 6a und andererseits am Ansatzstutzen 6b angreifen.
Je nach Konstruktion und Einsatzzweck eines solchen Kardangelenks, insbesondere abhängig davon, ob ein Drehantrieb realisiert wird oder nicht, sind Winkeldifferenzen bis mehr als 90° überwindbar.
Eine elektrische Durchführung durch ein solches Kardangelenk über derartige Winkelbereiche hinweg ist daher schwierig zu bewerkstelligen.
2 zeigt eines der hierfür vorhergesehen Drahtteile 14 bzw. Federteile 7 aus z. B. elektrisch leitenden und/oder reißfesten Material als Einzelteil, wie es im Bereich zwischen dem Gelenkkreuz 2 und den Gelenkgabeln 3a, b im Kardangelenk angeordnet werden kann, wobei zwei konkrete Unterbringungslösungen in den 3 und 4 dargestellt sind.
Die 2 lässt die beiden Wicklungen 8 erkennen, die in zueinander rechtwinklig liegenden Ebenen liegen und über ein dementsprechendes, gebogenes oder winkliges Zwischenstück 9 miteinander in Verbindung stehen. Die Wicklungen 8 bestehen hier aus je ca. zwei vollständigen Windungen. Die jeweils freien Enden der Wicklungen sind in voneinander wegstrebenden, jedoch im Wesentlichen zueinander parallele Richtungen, die Längsrichtungen 10 bzw. 10' des Kardangelenks 1, abstrebend dargestellt und weisen an ihrem Ende jeweils einen Stecker 13 bzw. 13' zum elektrischen Anschließen und/oder ein reißfestes Verbindungselement auf.
Ein solcher Draht- bzw. ein Federteil 7 kann aus einem am Außenumfang isolierten, elektrischen Draht, insbesondere einem Federdraht oder auch einer Litze bestehen, falls die umgebenden Bauteile, insbesondere Gelenkkreuz 2 und Gelenkgabeln 3a, b ebenfalls aus elektrisch, leitendem Material, wie etwa Metall, bestehen.
Sofern diese benachbarten Teile jedoch aus elektrisch isolierendem Material, wie etwa Kunststoff, bestehen, kann der Draht bzw. das Federteil 7 auch ohne äußere, elektrische Isolierung auskommen, was nicht nur die Herstellung verbilligt, sondern auch grundsätzlich die Gefahr des Durchscheuerns der vorhandenen Isolierung vermeidet.
Auch das Maß der Formhaltigkeit des Drahtes bzw. Federteiles 7 hängt davon ab, wie räumlich begrenzt die hierfür vorgesehenen Unterbringungsmöglichkeiten im Kardangelenk sind:
Sofern der Draht 14 bzw. das Federteil 7 in eng dimensionierten Kanälen, Freiräumen oder Ähnlichem verläuft, ist eine starke, eigenständige Formgebung nicht unbedingt notwendig, und dann kann sogar eine beinahe plastisch verformbare Litze oder ein nicht zurückfedernder Draht verwendet werden.
Sofern die Unterbringung dagegen in einem großräumigen Freiraum wie etwa einem generell vorhandenen Abstand zwischen Gelenkkreuz 2 und Gelenkgabeln 3a, b gewünscht wird, ist eine formhaltige Konstruktion des Federteiles 7 wünschenswert.
Die im 2 erkennbaren, beiden Wicklungen 8 müssen dabei so dimensioniert sein, dass sie um die Endzapfen 4a, b bzw. 5a, b des Gelenkkreuzes herumgelegt werden können, und zwar im Bereich innerhalb der Fortsätze der Gelenkgabeln 3a, b.
Das Verbindungsstück 9 muss dagegen hinsichtlich seiner Länge als auch Form so gewählt werden, dass diese beiden Wicklungen 8 um in Umfangsrichtung des Gelenkkreuzes zueinander benachbart stehende Gelenkzapfen 4a, 5a bzw. 4b bzw. 5b herum positioniert werden können.
4 zeigt ein Kardangelenk im Längsschnitt mit zwei sich kreuzenden Schwenkachsen des Kardangelenks.
Dabei sind die Endzapfen 5a, b des Gelenkkreuzes 2 z. B. einstückig zusammen mit dem Gelenkkreuz ausgebildet, weisen an ihrem freien Ende jedoch einen abgestuften, zum freien Ende hin abnehmenden, Durchmesser auf.
Die zinkenförmigen Fortsätze der beiden Gelenkgabeln 3a, b, die die Bohrungen zur Aufnahme der beiden gegenüber liegenden-Gelenkzapfen 5a, b bzw. 4a, b aufweisen, sind dabei schwenkbar auf dem kleineren, weiter außen zum freien Ende hin liegenden, Durchmesser gelagert.
Die axiale Erstreckung des größeren, weiter innen bezüglich des Zentrums des Gelenkkreuzes 2 liegenden, Durchmessers des Gelenkkreuzes, stehen daher als Abstand A zwischen Gelenkkreuz 2 und Gelenkgabel 3a für die Anordnung des Federteiles bzw. Drahtes 7 zur Verfügung:
In diesem Abstand A sind die Wicklungen 8 um die Endzapfen 5a, b sowie 4a, b herumgelegt, und im Weiteren auch die Zuführenden 11 vom Gelenkkreuz 2 weg zum z. B. Außenumfang der Ansatzstutzen 6a, b der beiden Gelenkgabeln 3a, b geführt.
Gemäß 4 sind zwei solcher Federteile 3 im Kardangelenk angeordnet, so dass das zweipolige elektrische Durchführen durch das Kardangelenk hindurch ermöglicht wird, und damit an jedem der Ansatzstutzen 6a, b, vorzugsweise auf einander gegenüber liegenden Umfangsstellen, jeweils ein Stecker 13 zum elektrischen Anschluss der beiden Federteile 7 vorhanden ist.
3 zeigt im teilweisen Längsschnitt die Anordnung eines solchen Federteiles 7.
Dabei ist zum einen die Form und Dimensionierung des Verbindungsstückes 9' etwas anders, aufgrund der Tatsache, dass sich die Schwenkachsen der Endzapfen 4a, b hier nicht kreuzen, sondern im Abstand zueinander windschief liegen.
Dass weiterhin die Endzapfen 4a, b als gegenüber dem Gelenkkreuz 2 separate Zapfen 4 bzw. 5 ausgebildet und durch das Gelenkkreuz 2 durchgeschoben sind, ist dagegen für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung.
3 zeigt, dass entlang der Endzapfen z. B. 4a, 5a der Außenumfang des etwa kugelförmigen Gelenkkreuzes 2, in dem die Gelenkzapfen 4, 5 durchgesteckt sind, bis unmittelbar an die Innenflächen der zinkenförmigen Fortsätze der Gelenkgabeln 3a, b heranreichen. Zur Unterbringung der Wicklungen 8 und der von diesen wegführenden Zuführenden 11 bzw. des Verbindungsstückes 9' sind dabei im Außenumfang des Gelenkkreuzes 2 Freiräume 12 ausgespart, die in axialer Richtung der Gelenkzapfen 4 bzw. 5 als Vertiefung in der Außenfläche des Gelenkkreuzes 2 ausgebildet sind und in Verlaufsrichtung der Gelenkzapfen 4 bzw. 5 betrachtet, einen wenigstens rechtwinkligen Öffnungswinkel nach Außen besitzen, wobei die eine Flanke des Öffnungswinkels in Richtung der Längsrichtung 10 bzw. 10' des Kardangelenks verläuft und die andere Flanke in Richtung desjenigen benachbarten Endzapfens 4a bzw. 5a, zu welchen das Verbindungsteil 9 des Federteiles 7 hinführt.
Das Kardangelenk 1' der 3 ist außen von einer schmutzabhaltenden Gummimanschette umgeben. Es soll nochmals klargestellt werden, dass das hier gezeichnete seilförmige Element, in diesem Fall das Federteil 7, entweder ein elektrisch leitendes Teil sein kann zur Realisierung einer elektrischen Durchführung, dann an den Enden ausgestattet mit elektrischen Steckern, oder ein reißfester Draht 14 oder ein analoges reißfestes seilförmiges Element mit entsprechend reißfesten Verbindungsvorrichtungen an seinen Enden oder funktionsvereinigt beides in einem Element, dann in Form eines sowohl reißfesten als auch elektrisch leitenden seilförmigen Elementes, etwa eines Federteiles 7. Eine Isolierung des Drahtes 14 bzw. Federteiles 7 am Außenumfang ist nur dann notwendig, wenn entweder das Kardangelenk selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, besteht, oder aus anderen Gründen, etwa weil das gesamte Kardangelenkt und damit auch das hindurchgeführte elektrisch leitende seilförmige Element sehr stark Umgebungseinflüssen oder anderen Feuchtigkeitsquellen ausgesetzt ist.

1, 1': Kardangelenk
2: Gelenkkreuz
3a, b: Gelenkgabel
4a, b: Endzapfen
5a, b: Endzapfen
6a, b: Ansatzstutzen
7: Federteil
8: Wicklung
9: Verbindungsstück
10, 10': Längsrichtung
11: Zuführende
12: Freiraum
13, 13': Stecker
14: Draht/Kabel
A: Abstand

Claims

Kardangelenk (1) mit Durchführung, wobei das Kardangelenk (1) – ein Gelenkkreuz (2) und – zwei Gelenkgabeln (3a, b), die jeweils auf zwei einander gegenüberliegenden Endzapfen (4a, b, 5a, b) des Gelenkkreuzes (2) schwenkbar gelagert sind, umfasst sowie – je einen mit einer der Gabeln (3a, b) fest verbundenen Ansatzstützen (6a, b) dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung wenigstens einen elastischen, seilförmigen Teil, insbesondere Federteil (7), aufweist.
Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hindurchgeführte elastische, seilförmige Teil, insbesondere das Federteil (7), aus elektrisch leitendem Material besteht.
Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hindurchgeführte elastische, seilförmige Teil, insbesondere das Federteil (7), aus einem in Längsrichtung reißfesten Draht oder Kabel (14) besteht.
Kardangelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das seilförmige Teil, insbesondere Federteil (7), sowohl elektrisch leitend ist als auch in Längsrichtung reißfest ist.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elastische seilförmige Teil zwischen Gelenkkreuz (2) und den Gelenkgabeln (3a, b) angeordnet ist.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seilförmige Teil, insbesondere das Federteil (7) eigenstabil ist und wenigstens zwei um zueinander in Umlaufrichtung benachbarte Endzapfen (4a, 5a bzw. 4b, 5b) passende Wicklungen (8) mit mindestens je einer annähernd vollständigen Windung umfasst sowie ein etwa rechwinkeliges Verbindungsstück (9) dazwischen und von den einzelnen Wicklungen (8) vorzugsweise linear, in Richtung des Ansatzstützens (6a, b) abragenden Zuführ-Enden (11).
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seilförmige Teil, insbesondere zwei Federteile (7) um je zwei verschiedene benachbarte Paare (4a, 5a bzw. 4b, 5b) von Endzapfen des Kardangelenkes (1) herum angeordnet sind für eine zweipolige elektrische Durchführung durch das Kardangelenk (1).
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seilförmige Teil, insbesondere die Federteile (7) in den hierfür vorgesehenen Freiräumen (12) des Gelenkkreuzes (3) und/oder der Gelenkgabeln (3a, b) angeordnet sind.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiräume (12) durch einen ausreichenden Abstand zwischen Gelenkkreuz (2) und Gelenkgabeln (3a, b) erzeugt werden, insbesondere ohne Vertiefungen in den Oberflächen des Gelenkkreuzes (2) und/oder der Gelenkgabeln (3a, b).
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (12a) für das Zuführende (11) in der Gelenkgabel (3a, b) angeordnet ist.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (12b) für die Wicklung (8) in der Gelenkgabel (3a, b) und/oder in Gelenkkreuz (2) angeordnet ist.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (12c) für das Verbindungsstück (9) im Gelenkkreuz (2) angeordnet ist.
Kardangelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Gelenkkreuz (2) und Gelenkgabeln (3a, b) durch einen Durchmesserabsatz am hinteren Ende der Endzapfen (4a, b) des Gelenkkreuzes (2) bewirkt wird, indem die Gelenkgabeln (3) nur an den kleineren Durchmessern am freien Ende der Gelenkzapfen (4, 5) schwenkbar anliegen.