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Elastische Kreuzgelenkkupplung.
Die Kraftübertragung vom Motor auf die Hinterräder erfolgte bei Kraftfahrzeugen früher allgemein durch Kreuzgelenkkupplungen (Kardangelenke). Diese Kupplungen werden schon seit längerer Zeit vielfach durch sogenannte Gelenkseheibenkupplungen ersetzt, bei denen die miteinander zu verbindenden Wellen durch Vermittlung von Gabelstücken an versetzt zueinander liegenden Stellen an eine Scheibe aus durch Gewebeeinlagen verstärktem Gummi angeschlossen werden. Diese Kupplungen bieten gegenüber den alten Kreuzgelenkkupplungen den Vorteil der elastischen Übertragung des Drehmoments, sie nehmen aber verhältnismässig viel Platz in Anspruch und haben auch keine allzu lange Lebensdauer.
Diese Nachteile sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die elastische Verbindungsseheibe durch die im Betriebe auftretenden Drehmomente in der Hauptsache auf Zug beansprucht wird, u. zw. greifen die Zugkräfte im allgemeinen an verhältnismässig eng begrenzten Stellen, nämlich an den Anschlussstellen für die die Gabelstücke der Wellenenden mit der elastischen Scheibe verbindenden Bolzen an.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Kraftübertragung durch Vermittlung von haupt- sächlich auf Druck beanspruchten aus Gummikörpern bestehenden elastischen Zwischenstücken zu bewirken, die zwischen den Armen der Gabelstücke und besonderen in einem diese umgebenden Gehäuse vorgesehenen Widerlagern angeordnet sind.
Demgegenüber kennzeichnet sich die den Gegenstand der Erfindung bildende Kupplung im wesentlichen dadurch, dass die elastischen Zwischenstücke zusammen mit den die Umfangskräfte auf sie übertragenden Teilen der Gabelarme in einem besonderen ringförmigen Gehäuse eingeschlossen sind. Durch diese allseitige Einkapselung wird es möglich, die Gummizwischenstücke unter starken Druck zu setzen und sie trotzdem verhältnismässig weich zu halten.
Dadurch wird einerseits eine möglichst grosse und dabei möglichst reibungslose Nachgiebigkeit gegenüber Winkelausschlägen der entkuppelten Wellen erreicht, anderseits eine sehr gedrängte Bauart, da die Gabelstücke die Umfangskräfte wegen der starken Vorspannung, die den die Kräfte übertragenden elastischen Zwischenstücken erteilt werden kann, auf verhältnismässig kurzen Radien übertragen können.
In den Zeichnungen, die die Erfindung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise veranschaulichen, ist Fig. 1 eine Ausführungsform der neuen Kupplung in lotrechtem Axialschnitt, teilweise in Seitenansicht. Fig. 2 ist eine Endansicht von der rechten Seite der Fig. 1 gesehen. Fig. 3 zeigt eine lediglich in der Ausbildung des rechten Gabelstückes etwas abweichende Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 1, u. zw. auf der linken Seite in lotrechtem Axialschnitt, auf der rechten in Ansicht bzw. im Schnitt nach Linie 177-777 der Fig. 4, die ihrerseits die betreffende Ausführung in Endansicht von der linken Seite der Fig. 3 gesehen, teilweise in lotrechtem Schnitt quer zur Achse, darstellt. Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig. 1-4.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform, u. zw. in den Fig. 4 bzw. 3 entsprechender Darstellungsweise. Fig. 9 veranschaulicht eine Einzelheit dieser Ausführungsform.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die an den miteinander zu verbindenden Wellenenden zu befestigenden Gabelstücke mit 1 bund 2 a bezeichnet. Das Gabelstück 1 b ist so ausgebildet,
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dass es an das betreffende Wellenende angeflanscht werden kann, während das Gabelstück 2 a in ebenfalls bekannter Weise auf das mit entsprechenden Nuten und Leisten ausgestattete Wellenende aufgekeilt wird. Jedes Gabelstück ist mit zwei einander gegenüberliegenden axial gerichteten Gelenkzapfen 3, 3 versehen. Diese greifen in Lagerbuchsen 4, 4 ein, die aus Metall bestehen können, vorzugsweise aber aus zweckmässig mit einem Faserstoff, beispielsweise Asbest, durchsetztem gehärteten Kunstharz hergestellt werden. Die Buchsen 4 sind aussen geschlossen.
Die betreffende Endwand bildet mit dem gegenüberliegenden Ende des Gelenkzapfens 3 eine Kammer, die zur Aufnahme von Schmiermaterial dienen kann. Die Aussenseite der Endwand der Buchse 4 ist nach einer Kugel gewölbt, deren Mittelpunkt mit dem Schnittpunkt 0 zusammenfällt, in dem sich die Achsen A der miteinander zu verbindenden Wellen mit den Achsen B der Gelenkzapfen 3 schneiden.
Die Verbindung der beiden Gabelstücke erfolgt mit Hilfe eines elastischen Ringkörpers, der sieh aus zwei symmetrisch ausgebildeten Hälften 6, 7 zusammensetzt. Eine solche Hälfte ist in Fig. 5 schaubildlich dargestellt. Wie diese Figur erkennen lässt, ist jede der vorzugsweise aus hochwertigem Weichgummi bestehenden Ringhälften auf der einen Seite mit halbzylindrischen Ausnehmungen 16 versehen, die zur Aufnahme der Gelenkzapfenbuchsen 4 der Gabelstücke dienen. Dementsprechend sind in jeder Ringhälfte vier solcher Ausnehmungen 16 vorgesehen, u. zw. an einander diametral gegenüberliegenden Stellen.
Die Gummiringe 6, 7 werden in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise von beiden Seiten gegen die Buchsen 4 gelegt, so dass diese von den Ringen 6, 7 seitlich eingeschlossen werden und die Übertragung der Drehkräfte von dem einen Gabelstück, beispielsweise 2 a, auf den andern 1 a bzw. 1 b durch Vermittlung der elastischen Ringkörper 6, 7 erfolgt.
Zum Festhalten der Ringkörper 6, 7 dient eine aus zwei symmetrischen Hälften 13, 14 zusammengesetzte Metallkapsel, in die die Ringhälften 6, 7 vor dem Zusammenbau der Kupplung eingesetzt werden können, u. zw. mit einer gewissen Vorpressung. Die Kapselhälften mit den eingelegten Gummiringen werden dann von beiden Seiten her nach der Mitte zusammengeschoben, bis sie sich mit an ihren äusseren Rändern vorgesehenen, versetzt zueinander liegenden hakenförmigen Lappen 13a, 1da gegenseitig übergreifen. Zwischen die Lappen wird dann ein die ganze Kapsel 13, 14 umgebender Stahldrahtring 15 eingebracht, durch den die beiden Kapselhälften gegeneinander verriegelt werden. Die Verbindung der beiden Kapselhälften miteinander kann natürlich auch in anderer Weise, z.
B. durch Vernietung oder Falzung der Umfangsränder erfolgen. Die Abmessungen der Kapselhälften sind im Verhältnis zu denen der Gummiringe 6, 7 so gewählt, dass die letzteren, wenn die Kapsel verriegelt ist, mit einer gewissen Vorpressung eingeschlossen sind.
Die Umfangsflächen der Kapselhälften 13, 14 ergänzen sich auf der Innenseite zu einer Kugelfläche, die der Kugelfläche, nach der die Endwände der Buchsen 4 gestaltet sind, entspricht, also gleichfalls den Punkt 0 zum Mittelpunkt hat. Die Endflächen der Buchsen 4 liegen unmittelbar an den betreffenden Innenflächen der Kapselhälften 13, 14 an. Auf diese Weise wird eine genaue Zentrierung der Kupplung erzielt.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 und 2 im wesentlichen nur dadurch, dass das rechte Gabelstück 1 a in derselben Weise wie das linke 2 a ausgebildet, also nicht mit einem besonderen Befestigungsflansch versehen ist. Die Ausbildung der Kapselhälften 13, 14 ergibt sich aus Fig. 6, die die eine dieser Hälften (13) in einem Mittelschnitt darstellt.
Wie sowohl Fig. 6 wie auch Fig. 3 erkennen lässt, greifen die Kapselhälften bei 13 b auch von unten nach innen etwas über die Gummiringe 6, 7. Es muss aber ein gewisser Abstand bis zu dem Flansch der betreffenden Buchse 4 bleiben, um gewisse Winkelausschläge zu ermöglichen.
Bei den Ausführungen nach den Fig. 1-5 werden die durch die Gelenkbolzenhülsen auf den elastischen Ringkörper übertragenen Umfangskräfte von dem letzteren mit Flächen aufgenommen, die nur einen Teil der gesamten Querschnittsfläche des Ringkörpers ausmachen. Infolgedessen wird der Werkstoff des Ringkörpers für die elastische Druckübertragung nicht voll ausgenutzt. Die Bean- spruchung des elastischen Ringes ist auch insofern nicht günstig, als die Gelenkzapfenhülsen in der Ebene der Teilfuge des Ringes auf diesen drücken und als die zwischen den Hülsen liegenden Ringteile sowohl auf Druck wie auch auf Zug beansprucht werden. Darunter leidet die Lebensdauer der im allgemeinen aus Gummi bestehenden elastischen Einlage.
Diese Nachteile werden bei der Ausführungsform nach Fig. 7-9 dadurch vermieden, dass die elastische ringförmige Einlage in ihrer ganzen Querschnittsausdehnung unterteilt ist, derart dass sie sich aus einzelnen Sektoren zusammensetzt, und dass die Sektoren auf der vollen Querschnittsfläche an den entsprechend ausgebildeten Lagerkörpern für die Gelenkzapfen anliegen.
Die an den miteinander zu verbindenden Wellenenden zu befestigenden Gabelstücke sind mit
1 a und 2 a bezeichnet. Jedes Gabelstück ist mit zwei einander gegenüberliegenden Gelenkzapfen 3 versehen. Diese greifen in Lagerkörper 4 ein, u. zw. unter Vermittlung von dünnwandigen Stahlbur hsen 25.
Die Lagerkörper 4 sind in ihrem ihrem Axialschnitt entsprechenden Querschnitt so bemessen, dass sie genau in den ringförmigen Hohlraum passen, der durch die sämtliche Gelenkteile einschliessenden Kapsel- hälften 13, 14 gebildet wird. Jede der Kapselhälften weist einen Flansch 13 b bzw. 14 b auf. Mit diesen
Flanschen stossen die. Kapselhälften in der Mittelebene zusammen.
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Die Lagerkörper 4 bestehen in dem dargestellten Falle nicht aus Metall, sondern aus der unter der Bezeichnung Jurid"bekannten Kunstmasse ; sie sind voneinander durch elastische, vorzugsweise aus weichem Gummi bestehende ringsektorförmige Zwischenstücke 21 getrennt, die in ihrer Gesamtheit den elastischen Ringkörper bilden. Die mit den Lagerkörpern 4 zur Anlage kommenden Flächen der Gummisektoren 21 sind zweckmässig in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise gewölbt, während die zugehörigen Flächen der Lagerkörper 4 entsprechend ausgehöhlt sind. Fig. 9 stellt einen Lagerkörper 4 und einen Gummisektor 21 vom Umfang her gesehen dar.
Die Berührungsflächen zwischen den Lagerkörpern einerseits und den elastischen Zwischenstücken 21 anderseits können natürlich auch mehr oder weniger radial verlaufen. Die Abmessungen der Gummikörper 21 werden zweckmässig etwas grösser gehalten als die Abmessungen der Hohlräume zwischen den Lagerkörpern 4, in die sie eingebracht werden, so dass die Gummikörper bei dem Zusammenbau des Gelenkes, der durch Zusammenschrauben der Flanchet und 14b erfolgt, eine gewisse Vorpressung erfahren, die dafür sorgt, dass die Gummikörper allseitig dicht an den Begrenzungsflächen der betreffenden Hohlräume anliegen. Dies ist für die Lebensdauer der Gummieinlagen von grosser Bedeutung.
Auch der Umstand trägt zur Erhöhung ihrer Lebensdauer wesentlich bei, dass die Berührungsflächen der die Umfangskräfte auf sie übertragenden Lagerkörper 4 sehr gross sind, insofern als sie dem vollen Querschnitt des Hohlraumes der Kapsel 13, 14 entsprechen, sowie dass die Gummikörper 21 nur auf Druck beansprucht werden.
Die Möglichkeit den Gummizwischenstücken eine starke Vorspannung geben zu können und dadurch die oben erwähnten Vorteile zu erzielen, hängt von ihrer möglichst allseitigen Einkapselung ab, da bei nur teilweiser Begrenzung der Ausdehnungsmögliehkeit der Zwischenstücke diese bei den hohen auftretenden Drucken an den nicht eingeschlossenen Stellen herausquellen würden, was, abgesehen von der dadurch bedingten allzu grossen Nachgiebigkeit der Kupplung auch zu einer baldigen Zerstörung des Gummimaterials führen würde.
Natürlich können die Lagerkörper 4 auch aus anderem Material, insbesondere einem geeigneten Metall oder Metallegierung, z. B. Aluminium, Silumin od. dgl. ausgeführt werden. Die äusseren Teile der Zapfen 3 mit den Lagerkörpern bzw. Zapfenbuchsen 4 werden in den Ansprüchen als "Köpfe" der Gabelarme bezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elastische Kreuzgelenkkupplung, insbesondere für die Kardanwellen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus zwei starr mit den zu kuppelnden Wellen verbundenen Gabelstüeken, die durch elastische Zwischenstücke in der Umfangsrichtung gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Zwischenstücke zusammen mit den den Umfangsdruek auf sie übertragenden Köpfen der Gabelarme allseitig von einer ringförmigen Kapsel eingeschlossen sind.