DD142019A5

DD142019A5 - Homokinetisches doppelgelenk,insbesondere fuer kraftuebertragung in kfz

Info

Publication number: DD142019A5
Application number: DD79211011A
Authority: DD
Inventors: Michel A Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer Sa
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1980-06-04
Also published as: GB2015696B; IT1117608B; ES477670A1; US4273209A; DE2905453C2; GB2015696A; DE2905453A1; IT7967295A0; BR7900847A; MX147676A; AR216973A1

Description

I OfI

Homokinetisches Doppelgelenk, insbesondere für Kraftübertragungen in Kfz.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein .'homokinetisches Doppelgelenk, das zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle angeordnet ist und zwei benachbarte Gelenice mit einer gemeinsamen Zwischenführung aufweist, in der mindestens ein Gelenk gleitend gelagert ist«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Insbesondere in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb sind Doppelgelenke ,der vorbeschriebenen Gattung seit langem bekannt, um die Leistung des Motors auf die angetriebenen Räder zu übertragen. Sie bestehen im allgemeinen aus einer Welle in Form einer vollen Welle oder eines Rohres mit einem Kraftübertragungsgelenk an federn Ende. Nun erreichen moderne "Verbrennungsmotoren aber ein hohes Verhältnis von Leistung zu !lasse und weisen Schwingtingszustände auf, die nur schwierig zu reduzieren sind. Um den Komfort für die Fahrzeuginsassen zu gewährleisten, wird der Motor an der Konstruktion des Fahrzeugs in elastischen Lagern aufgehängt, damit sich die von ihm erzeugten SchwingungenJfnicht im Fahrzeug insgesamt fortpflanzen.

_Ύ 2- Berlin,d. 13.6· 1979 AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

Unter diesen Bedingungen bilden die Gelenkwellen die einzige feste Verbindung, die diese Schwingungen des Motors auf die Fahrzeugkonstruktion übertragen kann«, Eine Gelenkwelle kann als ein starrer und schwerer Träger betrachtet werden, der sich an seinen beiden Enden mit seinen beiden homokinetischen Gelenken einerseits am Antriebsaggregat, das die Schwingungen erzeugt, und andererseits an der Habe und am Schwenklagerbolzen, die beide mit der Fahrzeugkonstruktion über die Lenkerarme verbunden sind, abstützt. Es kann angenommen werden, daß mindestens zwei Schwingungs- und Geräuscherscheinungen entstehen können:

1) Resonanz von Elementen der Karosserie des Fahrzeugs durch die Erregungen vom Motor her, wobei die Schwingungen von den Gelenkwellen übertragen v/erden;

2) Resonanz bei Biegung der Gelenkwelle selbst wenn die Frequenzen der Schwingungen des Motors mit ihrer Eigenfrequenz übereinstimmt, womit die Energie der an die Karosserie übertragenen Schwingungen verstärkt wird.

Bestimmte bekannte homokinetische Gelenke, z*B. die Tripode-Gelenke, bewirken unter allen Umständen ein freies Gleiten, so daß das Übertragen der axialen Komponenten der Schwingungen vermieden wird_o

Pagegen werden die radialen Komponenten von Schwingungen, die senkrecht zur Achse der treibenden oder Abtriebswelle des Antriebsaggregats verlaufen, nicht ausgefiltert ₉

Um eine Resonanz der Welle und die Übertragung der Schwingungen des Motors nach dem Innenraum zu vermeiden, wurden bereits mehrere Lösungen» jedoch Notlösungen, vorgeschlagen:

- 3 - Berlin,d.13.6.1979 AP B 60 K/211 011

21 1 0 1 1

54 969/28/32

- einmal, eine Erhöhung der Biegesteifigkeit der Welle durch eine rohrförmige Struktur mit großem Durchmesser, Auf diese Weise wurde die Eigenfrequenz nach oben in den Bereich von etwa 100 bis 200 Hz verschoben, ohne daß das Problem wirklich gelöst wurde, da Einschränkungen im Hinblick auf die für das Rohr zulässige Masse und Abmessungen bestehen;

- zum zweiten, eine Erhöhung der Elastizität der Welle. Das wurde erreicht, indem Stahlwellen von sehr hoher Festigkeit und kleinem Querschnitt verwendet werden. Auch hier bestehen Einschränkungen durch die Pestigkeits- und Drehsteifigkeitsbedingungen der Welle, Im übrigen treten in diesem Pail die Biegeschwingungen bei niedrigeren Frequenzen auf, sind damit Qedoch nicht minder störend.

Es wurde weiterhin versucht, diesen Frequenzen mit Hilfe von Schwingungsdämpfern zu begegnen, die auf diese Frequenzen abgestimmt sind und aus massiven Ringen bestehen, die elastisch an der Stelle des Bauchs der Biegewellen aufgehängt sind. Derartige Schwingungsdämpfer sind jedoch platzaufwendig und kostspielig und erzeugen oft weitere Resonanzen und bewirken letzten Endes nur eine Verschiebung des Problems, ohne daß eine sehr fühlbare Verbesserung ein- . tritt.

Vorbekannt ist auch durch das US-P ITr. 2 125 615 eine Anordnung, bei der zwei Tripode-Gelenke durch eine gemeinsame Zwischenführung verbunden sind, die zwei Laufbahnen aufweist. Bei dieser bereits lange vorbekannten Konstruktion wird das Problem der Übertragung von radialen Schwingungen zwischen den beiden zu verbindenden Wellen weder betrachtet noch gelöst. So werden die niederfrequenten Schwingungen wegen der geringen Freiheit, die in dieser alten Lösung die Montage der

211011 -4- -Berlin,d.i3.6.1979 ' ; . AP B 60 K/211 011

54 969/28/32

Rollen bei Drehmoment bedingt, übertragen« Im übrigen ist auch nichts vorgesehen zum Beseitigen der hochfrequenten Komponenten dieser Schwingungen» .

Ziel der Erfindung ,

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Doppelgelenk zu schaffen, das zwischen einer treibenden Welle und einer angetriebenen Welle angeordnet ist und in der Lage ist, eine homokinetische Kraftübertragung zwischen beiden Wellen zu gewährleisten, wobei die Übertragung der axialen und radialen Komponenten von Schwingungen der treibenden Welle verhindert wird«,

Darlegung des'Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Doppelgelenk der eingangs bestimmten Art zu schaffen, das hinsichtlich der Weiterleitung von axialen und radialen Schwingungen aus der treibenden Welle isolierend wirkt und dabei nicht im gängigen Betrieb in Eigenresonanz gebracht v/erden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden an den zu verbindenden Wellen sitzenden Gelenke zueinander relativ radial schiebbar sind und folgende Bedingung zumindest angenähert erfüllt ist: h χ 1 = Γ , wobei h und 1 die entsprechenden Abstände sind, die die Mittelpunkte der beiden benachbarten Gelenke vom Schwerpunkt G der die beiden Gelenke verbindende Zwischenführung entfernt ist und f gleich ist, wobei 10 die Trägheit der Zwischenführung um eine Achse m ist, die senkrecht zu seiner allgemeinen Achse und zur seitlichen Verschiebungsrichtung dieses Organs und durch den Schwerpunkt G verläuft und wobei m die Masse der Zwischenführung darstellt·

211011 -5- Berlin, d. 13.6.1979

AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

Die vorgenannten baulichen Merlanale sichern eine freie axiale Nachgiebigkeit zwischen Antriebs- und Gelenkwelle, so daß keine axialen Schwingungen vom Antriebsaggregat übertragen werden, noch Resonanzen an der Gelenkwelle auftreten.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Zwischenführung oder Zwischenwelle elastisch gegenüber mindestens einer der beiden Wellen gehalten·

In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden benachbarten Gelenke an sich bekannte Tripode-Gelenke mit nadelgelagerten Rollen.

In Weiterbildung der Erfindung weist in an sich bekannter Weise die Zwischenführung die Laufbahnen für die Rollen der .beide'n Tripode-Gelenke auf»

Die vorerwähnten konstruktiven Merkmale sichern einen einfachen Aufbau und die Bildung erfindungsgemäßer Gelenke bei Einsatz bereits üblicher Gelenkteilgruppen·

Zweckmäßig weist die Zwischenführung einen elastischen Keil auf, an dessen beiden Endflächen die Enden der Gelenk- und Antriebswelle stets angelegt sind.

Alternativ hierzu kann ein elastisches Lager, zwischen der Zwischenführung und der Gelenkwelle vorgesehen sein. In einer Ausführung im Rahmen der vorerwähnten Lösung ist es möglich, daß das Lager zwischen der Zwischenführung und einer Verlängerung der Gelenkwelle angeordnet ist, die sich über das an der Gelenkwelle befindliche Tripodestück hinaus erstreckt· In weiterer Variation ist die Gelenkwelle und die Antriebswelle innerhalb der Zwischenführung durch ein ii elastisches Lager verbunden.

211011 - 6 - Berlin, d.13.6.197.9

AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

Alle beschriebenen Ausführungen gewährleisten die notwendige Führung der beiden Gelenke zueinander bei gleichzeitiger Zuordnung zur Zwischenführung ο Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch konstruktiv umgekehrt ausgeführt sein, indem eine Zwischenwelle vorhanden ist, die an ihren beiden Enden die entsprechenden Tripoden der beiden Gelenice aufweist, deren Laufbahnen in mit der Antriebs- bzw. Gelenkwelle verbundenen Führungsflanschen angeordnet sind. .

Zweckmäßig ist die Zwischenwelle über eine Doppelmanschette aus Elastomer gehalten, wobei die Zwischenwelle im zentralen leil befestigt ist und die Führungsflanschen durch zwei Hülsen umschlossen sind»

Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Doppelgelenk insbesondere in Kraftfahrzeugen an einem Ende mit einer treibenden Welle und an ihrem anderen Ende mit einer angetriebenen Welle verbunden, wobei eine dieser beiden Wellen eine Gelenkwelle mit einem weiteren homokinetischen Gelenk ist. Zum Stützen der längeren Gelenkwelle sind zweckmäßig Mittel zur flexiblen, radialen Führung der Gelenkwelle vorgesehene

Konstruktiv kann hierfür ein elastisches Lager oder ein Kugelzapf enlager auf einer verhältnismäßig festen Stütze angeordnet sein, die zwei Arme aufweisen kann, die am oberen bzw· unteren Lenkerarm des Fahrzeugs angelenkt sind. Erfindungsgemäß können die Mittel zur flexiblen, radialen Führung ein elastisches Lager aufweisen, das einerseits zwischen der Gelenkwelle und andererseits der Zwischenführung der homokinetischen Gelenkvorrichtung oder dem Ende der Antriebswelle eingefügt ist_e In jedem Falle verhindern die Abstützungen der genannten Ausführungen ein großes radiales Spiel der Gelenkwelle im Bereich des Eintritts in das Doppelgelenk₀

Eine weitere Verbesserung der Ergebnisse im Rahmen der Aufgabenstellung ist dadurch möglich, daß das zwischen der Ge-r

211011-7- Berlin,d.13.6.1979 ; AP B 60 K/211 011

54 969/28/32

lenkwelle und dem Rad angeordnete Doppelgelenk zwei benachbarte Gelenke mit einer gemeinsamen Zwischenführung aufweist und folgende Bedingungen ,

— I X HTJi X iiill \1 )

^Ma ⁵I ₂

JH2 χ JH1 = ^τΐ (2)

erfüllt. -

Bei Anwendung der Erfindung bei einem angetriebenen und gelenkten Antriebsrad ist es günstig, wenn die Schwenkachse des zugeordneten Rades die Achse der Zwischenführung etwa in ihrer Mitte der Länge schneidet. Hierdurch fällt die Schwenkachse in die Ebene etwa mittig zwischen den beiden Gelenken im Doppelgelenk.

In zv/eckgerechter Anwendung ist das Doppelgelenk bei einem ein Antriebsaggregat mit einer Hinterachse verbindenden Längsgetriebe mit Kardanwelle zwischen dem Ausgang des Antriebsaggregats und einem Lager der Kardanwelle angeordnet.

Auch ist das Doppelgelenk bei einer Lenkvorrichtung zwischen zwei Lenkwellen anordenbar, die ein Lenkgetriebe mit einem Lenkrad verbindend angeordnet sind.

Bei einem' weiteren Anwendungsfeld ist das Doppelgelenk zwischen zwei Abschnitten einer Steuerstange angeordnet, die in ein V/echselgetriebe schub- und drehbeweglich eingreift, dabei kann das Doppelgelenk als Doppelkardangelenk ausgeführt sein.

In jedem der letztbeschriebenen Anwendungen und Zuordnungen verhindert das erfindungsgemäße Doppelgelenk die Übertragung

• - -β«-

-8- Berlin,d.13ο6 ο 1979 AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

von Schwingungen zwischen Antriebsaggregat und Karosse bzw, Bedienungseinrichtung.

Ausführungsbeispiel

An Hand einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt: ·

Pig, 1: eine erfindungsgemäß ausgeführte'Kraftübertragungsvorrichtungjfür Kraftfahrzeuge;

Figo 2: einen Schnitt nach Linie 2-2 in Pig, 1j

Pig."3: eine Einzelheit zur Darstellung der Punktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtungj

die Figo 4» 5 tu 6: Längsschnitte von drei unterschiedlichen Varianten;

Pig. 7: den Teilschnitt einer in einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb angewendeten erfindungsgemäßen Kraf.tübertragungsvorrichtung;

Pig, 8: eine gleichartige Ansicht entsprechend Pig_e 7, jedoch mit einer zweiten Ausführungsart;

Figo 9: eine· schematische Ansicht einer längs verlaufenden Kraftübertragungsvorrichtung in einem Fahrzeug mit Vorne gelegenem Antriebsaggregat und angetriebenen Hinterrädern;

Pig. 10: eine schematische Darstellung einer Lenksäule mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

* -9- Berlin, d. 13.6.1979 AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

Fig«, 11: eine schematische Ansicht, die die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang.mit einem Wechselgetriebe zeigt.

In Figo 1 ist eine Iiraftübertragungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge zu sehen. Bei einer solchen Anordnung ist ein angetriebenes Rad 1 mit der Karosserie oder dem Aufbau "2 des Fahrzeugs über Lenkerarme 3 und 4 verbunden. Das Antriebsaggregat 5 ist am Aufbau mit elastischen Lagern 6 aufgehängt. Eine Gelenkwelle 7 wird von einer Abtriebswelle 8 des Antriebsaggregat es getrieben und treibt selbst das angetriebene Rad 1 an_o Ein erfindungsgemäßes Doppelgelenk 10 ist zwischen der Gelenk- 7 und Antriebswelle 8 eingefügt, während die Gelenkwelle 7 mit dem Rad 1 über ein homokinetisches Gelenk 9 verbunden ist₀ Ein elastisches Lager 11 führt die Gelenkwelle 7» wobei dieses Lager 11 mit dem Aufbau 2 des Fahrzeugs über eine Stütze 12 verbunden ist.

Jetzt wird das Doppelgelenk 10, das zwischen der Gelenkwelle 7 und der Antriebswelle 8 eingeschaltet ist, im einzelnen beschrieben» Dieses Doppelgelenk besteht aus zwei Gelenken 20; 30, die im dargestellten Beispiel Tripodegelenke sind» Diese beiden benachbarten Gelenke sind über eine gemeinsame Zwischenführung 40 verbunden₀ Das erste Gelenk 20 hat ein Tripodestück 21, das sich an der Antriebswelle 8 befindet und dessen drei Zapfen Rollen 22 aufweisen, die in geradlinigen Laufbahnen 41 in der Zwischenführung 40 mit kreisrundem Querschnitt gelagert sind₀ Das zweite Gelenk 30 hat ebenfalls ein Tripodestück 31, das mit der Gelenkwelle 7 verbunden ist und Rollen 32 hat, die in den gleichen Laufbahnen 41 der Zwischenführung 40 aufgenommen werden. Die Rollen 22;32 sind auf ihren Achsen nadelgelagert und so gut geschmiert, daß sich bei Drehmoment eine hohe Drehbeweglichkeit ergibt und die Übertragung von niederfrequenten Schwingungen beseitigt

211011 - ίο - Berlin,ά. 13.6,1979

AP B 60 Κ/211 011 54 969/28/32

wird. Die erforderliche radiale Kraft, um eine der Wellen gegenüber der anderen radial zu bewegen, wird in einem Verhältnis von 50 : 1 verringert durch die vorgenannten Maßnah- . men. Die Zwischenführung 40 wird gegenüber der Gelenk- und Antriebswelle 8 mit einem elastischen Keil 42 elastisch gehalten, der gegenüber der Zwischenführung 40 mit zwei elastischen Wülsten 43 fest geführt ist und dessen Endflächen mit den gewölbten Enden 7a bzw. 8a der Gelenk- 7 und Antriebswelle 8 in Berührung kommen.

Zwischen der Zwischenführung 40 und der Gelenk- 7 und Antriebswelle 8 sind Dichtungsmanschetten 44;45 vorgesehen.

In Pig· 2 ist die Form der Zwischenführung 40 im Querschnitt, sowie die Anordnung des Tripodestückes 21 und der Rollen 22 zu sehen«. Mit Bezug auf Fig. 3 bedeutet:

- m die Masse der Zwischenführung 40

- IO die Trägheit dieser Zwischenführung 40 um eine Achse, die durch den Schwerpunkt G des Doppelgelenks und senkrecht zur allgemeinen Achee X-X der Zv/ischenführung 40 und zur Ver-schiebungsrichtung y verläuft;

- h und 1 die Abstände, die diesen Schwerpunkt G von den entsprechenden Mittelpunkten B; A der beiden Tripodestücken 21; 31 trennen.

Wird zwischen diesen verschiedenen Größen eine Beziehung derart aufgestellt, daß die in B auf die Gelenkwelle 7 ausgeübte Reaktionskraft gleich KuIl ist, so ergibt sich folgende For~.~ mel:

h χ 1 ss J³ y wobei P den Trägheitshalbmesser der Masse m bei einer Trägheit Io darstellt, d.h. Io =mr ₀ ι

2 1 ί Ot 1 - 11 - ' Berlin,d. 13.6.1979

- AP B 60 Κ/211 011

'.-.·-. 54 969/28/32

Wenn die Masse m klein ist,. bewirken im übrigen mäßige Abweichungen von dieser Beziehung lediglich vernachlassigbare Reaktionen in B auf die Gelenkwelle 7ο

Durch das Vorhandensein der beiden benachbarten Gelenke 20; 30 gestattet das erfindungsgemäße Doppelgelenk nicht nur ein äußerst freies axiales Gleiten, sondern auch eine radiale Verschiebung der Antriebswelle 8 gegenüber der Gelenkwelle ohne fühlbare radiale Trägheitswirkung auf die Gelenkwelle. 7» Demzufolge wird diese nicht erregt und kann damit nicht in Resonanz kommen. Umso weniger kann sie über das Gelenk 9, die Radachse und die Lenkerarme 3»4 Schwingungen auf den Aufbau 2 übertragen.

Das Komfortproblem geringer Schwingungsbelastung ist so durch die vollständige Isolierung des Antriebsaggregats 5 gegenüber dem Aufbau 2 und dem Innenraum des Fahrzeugs gelöst. Das Stützlager 12 der Gelenkwelle 7 gestattet ein Schwingen der Gelenkwelle 7» jedoch vervollständigt die Isolierung gegenüber dem Aufbau 2, an dem sie abgestützt ist. Es ist zu bemerken, daß dieses Lager 11 auch ein K_ugelzapfenlager sein kann und nicht, wie in Figo 1 dargestellt, aus einem elastischen Element bestehen muß.

In Pig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die beiden benachbarten Tripode-Gelenke 120; 130 nicht mehr durch eine Zwischenführung, sondern durch eine Zwischenwelle 140 verbunden sind, an dessen beiden Enden sich die beiden'Tripoden 121; 131 befinden, die Rollen 122; 132 tragen«, Diese werden in geradlinige Laufbahnen 123; 133 mit kreisrundem Querschnitt aufgenommen, die in den Führungsflanschen 124; 134 begrenzt werden, die mit der treibenden Welle 8 bzw. der Gelenkwelle 7 verbunden sind. Die Führung der Zwischenwelle 140 wird mit einer Doppelmanschette 141

21 101' t -.12- Berlin,d.13.6.1979

AP'B 60 K/211 011 54 969/28/32

Elastomer verwirklicht, die an der Zwischenwelle mit einem zentralen Teil 142 befestigt ist und die Führungsflanschen 124 und 134 mit zwei Hülsen 143; 144-umgibt. Diese Doppel*- manschette 141 gewährleistet gleichzeitig die Aufnahme des Schmiermittels und den Schutz des Mechanismus, neben ihrer axialen Führungsfunktion der aus der Zwischenwelle 140 und den beiden Tripoden 121; 131 bestehenden beweglichen Teile,

Durch ihr radiales Zentriervermögen kann die Buchse 144 Z₀B, das Lager 12 aus Pig. 1 ersetzen.

Im Ausführungsbeispiel dieser Pig. 4 wird die Aufhebung der Reaktionen immer durch Verwirklichung der Bedingung

h _X 1 = f ²

erreicht. Diese Bedingung ist dadurch zu gewährleisten, indem notwendigenfalls die Zwischenwelle 140 beiderseits der beiden Tripoden zwischen ihnen verlängert v/ird. Wenn diese Bedingung einmal erfüllt ist, bleiben die Abstände h und 1 konstant und sind von den Ausdehnungs- oder Teleskopbewegungen der Gelenke unabhängig. Auf diese Weise sind diese beiden Abstände von der Konstruktion her unveränderlich.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Variante kann unter Berücksichtigung der Leichtigkeit der Zwischenführung bestätigt werden, daß die gewünschte dynamische Trennung trotz der leichten Veränderungen von 1 und h, die sich aus dem Teleskopcharakter des Gelenks ergeben, praktisch vollkommen ist₀

In Fig. 5 wurde eine v/eitere Variante der ersten Ausführungsart dargestellt, bei der die Führung der Gelenkwelle 7 nicht mit einem Lager verwirklicht v/ird, das mit dem Aufbau des Fahrzeugs außerhalb des Doppelgelenkes 10 verbunden ist, sondern durch eine Verlängerung 7b dieser Welle, die gegenüber

-13- Berlin,d.13.6.1979 AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

einer Hülse 8b geführt wird, die mit der Antriebswelle 8 verbunden ist, wobei ein elastisches Lager 44 zwischengeschaltet ist· Bei dieser Version wird das elastische Lager 14 so gewählt, daß es eine Resonanzeigenfrequenz der Gelenkwelle 7 bewirkt, die niedriger ist als die unerwünschten Schwingungen der Antriebswelle 8, damit diese Anordnung wirksam bleibt₀ Es ist ebenfalls zu bemerken, daß dieses Lager 14 ohne Schaden zu nehmen die große radiale Belastung aufnehmen muß, die sich aus dem zusätzlichen Moment ergibt, und gleichzeitig seine radiale Flexibilität behalten muß.

Pig. 6 stellt eine Variante dar, bei der ein radial und axial elastisches Lager 15 zwischen einer Verlängerung 7c der Gelenkwelle 7 und der Zwischenführung 40 angeordnet ist und die Ausrichtung der Zwischenführung 40 auf der Gelenkwelle 7 gewährleistet, wobei durch seine radiale Nachgiebigkeit eine Eigenfrequenz der Gelenkwelle 7 bewirkt wird, die niedriger ist als die störenden Frequenzen des Antriebsaggregats 5· Die radiale Nachgiebigkeit dieses Lagers 15 wie auch im übrigen die des Lagers 14 (Figo 5) kann nichtlinear sein und ist vorteilhaft größer bei Ruhestellung,als bei radialer Biegung, so daß eine niedrige Eigenfrequenz bei normalem Fährbetrieb bev/irkt wird und unter extremen Winkel- und nohen Drehmomentbedingungen die hohe radiale Belastung, die sich aus dem zusätzlichen Moment ergibt, akzeptiert v/erden kann. Als Variante könnte das elastische Lager auch links vom Tripodestück 31t cUh, außerhalb der Zwischenführung 40 angeordnet werden und so als Dichtung zwischen der Zwischenführung 40 und der Gelenkwelle 7 dienen.

Angewendet bei Kraftfahrzeugen schafft die.Erfindung einen stark verbesserten Komfort, ohne daß die Abmessungen oder die Kosten unrealisierbar wären«, So sind die Teile, wie die Zwischenführung 40 oder die Zwischenwelle 140, leicht und we-

-¹4- Berlin, d. 13.6.1-9 79 . AP B 60 Κ/211 011

. 54 969/28/32

nig kostspielig* länge und Durchmesser des Doppelgelenks können dabei in durchaus annehmbaren Grenzen gehalten v/erden. Im übrigen ermöglicht diese Anordnung, obv/ohl sie leicht gebaut ist, die Übertragung hoher Drehmomente»

Auf Pig. 7 ist eine Kraftübertragungseinheit zwischen einem Antriebsaggregat 205 und einem gelenkten und angetriebenen Rad 201 zu sehen. Das Rad 201 ist mit der K_arosserie oder dem Aufbau 202a; 202b des Fahrzeugs über Lenkerarme 203; 204 verbunden. Das zum Antriebsaggregat 205 gehörende Differential ist am Aufbau in elastischen Lagern 206 aufgehängt. Eine Gelenkwelle 207 wird von einer Antriebswelle 208 aus, der Abtriebswelle des Differentials, angetrieben und treibt über ein homokinetisches Gelenk 209 das angetriebene Rad 201 an. Ein homokinetisches Doppelgelenk 210 ist zwischen der Gelenkwelle 207.und Antriebswelle 208 angeordnet, wobei dieses Doppelgelenk 210 wie vorbeschrieben beschaffen ist und aus zwei elementaren Tripode-Gelenken 211; 2.12 besteht, die eine gemeinsame Zwischenführung 213 haben, die elastisch mit mindestens einer der beiden benachbarten Wellen verbunden ist. Die Gelenkwelle' 207 wird von einem Kugelschalenlager 214 geführt, das seinerseits von einer Stütze 215 abgestützt wird, die zwei Arme 216; 217 hat, die mit ihren Enden über Schwingmetall mit den Lenkerarmen 203 und 204 verbunden sind.

Durch diese Anordnung werden die Schwingungswinkel der beiden Tripodegelenke des Doppelgelenks 210 in vertikaler Ebene reduziert» Die Stütze 215 begleitet die vertikale Bewegung der Lenkerarme' 203 und 204, so daß sich die Gelenkwelle 207 um den in der Mitte des Doppelgelenks 210 gelegenen Punkt P dreht und so die nichtige Winkeleinstellung zwischen der Gelenkwelle 207 und der Antriebswelle 208 besteht und verteilt ist zwischen den beiden Tripodegelenken, die das Doppelgelenk 210 bilden.

- 15 - Berlin,d.13.6.1979 AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

In der Anordnung der Pig» 8 ist zwischen der Antriebswelle 308 und der Gelenkwelle 307 ein einfaches homokinetisches Gelenk 320 angeordnet, während das erfindungsgemäße Doppelgelenk 321 mit zwei Tripode-Gelenken 322; 323 zwischen der Gelenkwelle 307 und der Radachse des Rades eingefügt ist. Die Gelenkwelle 307 wird durch ein Lager 324 geführt, das wie bei Pig, 7 auf einer Stütze 325 liegt, deren beide Arme 326; 327 an den Lenkerarmen 303 und 304 angelenkt sind₀ Das Lager 324 ist hier jedoch in der Hähe des Doppelgelenks 321 angeordnet und befindet sich also in der Nähe des Endes der Gelenkwelle 307, das dem Rad 301 benachbart ist₀

Wenn mit:

- G der Schwerpunkt der Gelenkwelle 307 mit den beiden Tripode-Gelenken an ihren Enden angeordnet ist;

- H1 der Mittelpunkt des ersten Tripode-Gelenkes 322 des

Doppelgelenks 321;

- H2 der Mittelpunkt des zweiten Tripode-Gelenkes 323;

- J der Schwerpunkt der Zwischenführung 328 zwischen diesen

beiden Tripode-Gelenken 322; 323;

- K der Mittelpunkt des Lagers 324;

- L der Mittelpunkt des Gelenks 320;

- I_a die Trägheit der mit den beiden Tripode-Gelenken verse-. . henen Gelenkwelle 307 gegenüber einer Achse, die durch ihren Schwerpunkt G und senkrecht zu ihrer Achse verläuft;

11011 - ¹⁶ - Berlin,a.13.6.1979

' · AP B 60 K/211 011

54 969/28/32

- II die Masse der rait ihren "beiden Tripode-Gelenken versea

henen Gelenkwelle 307;

- · " .^

~ I_f die Trägheit der Zwischenführung 328 gegenüber der Achse die durch ihren Schwerpunkt J und senkrecht zu ihrer allgemeinen Achse verläuft;

die Masse der Zwischenführung 328 bezeichnet wird, muß, .wenn vermieden werden soll, daß die transversalen Schwin gungen der Antriebswelle 308 in der Nähe des Lagers 324 in K spürbar sind, folgende Bedingung erfüllt sein:

«a ^Ma ^rai ^{x H}1^H2

Damit diese Schwingungen nicht im Punkt H2 spürbar sind, dem Mittelpunkt des an der Achse des Rades befestigten Tripode-Gelenkes, genügt es im übrigen außerdem, wenn:

I.p

JH2 χ JH1 = -*· (2)

M_f

Huf diese Weise werden die von der Antriebswelle 308"aus dem Differential aufgenommenen radialen Schwingungen an das homokinetische Gelenk 320 und an das am Ende der Gelenkwelle.307 befestigten Tripode-Gelenkes 322 übertragen. Dagegen ergibt sich keinerlei Trägheitsbeanspruchung am Lager 324 mit Mittelpunkt in K, noch am Tripode-Gelenk 323 mit Mittelpunkt in H2, das an der Achse des Rades befestigt ist. So werden alle Trägheitsreaktionen an den mit dem Aufbau des Fahrzeugs verbundenen Lagern beseitigt, und es wird eine vollständige dynamische Isolierung des Motors gegenüber dem Innenraum ver- . wirklicht» Das führt zu einer Reduzierung von Lärm und Schwingungen und zu einer wesentlichen Erhöhung des Komforts

211011 - Π - Berlin,d.13.6.1979

AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

für die Passagiere.

Die Stütze 325 ist an den Lenkerarmen in Punkten angelenkt, die so bestimmt werden, daß die Arbeitswinkel der beiden Tripodegelenke 322; 323 in vertikaler Ebene reduziert werden« Im übrigen wird die Zwischenführung 328 vorzugsweise so angeordnet, daß die Achsschenkel-Drehachse A; B die Achse dieser Zwischenführung 328 etwa in der Mitte ihrer Länge schneidet, um den Einschlagwinkel des gelenkten Rades angemessen zwischen den beiden Tripodegelenken 322; 323 mit den Mittelpunkten H1 und H2 zu verteilen,,

Das ermöglicht es bei zwei elementaren Gelenken, die jeweils eine Beugung von 25° ermöglichen, für den Antrieb des gelenkten und ,angetriebenen Rades ein Gelenk mit großem Winkeleinschlag (etwa 50°) zu realisieren, das außerdem ein Schubgelenk ist.

In Figo 9 wird die Erfindung auf ein Längsantrieb zwischen einem Antriebsaggregat 330 und einer Hinterachse 331 angewendet. Dieser Trieb weist eine Kardanwelle 332 von großer Länge, die an ihrem hinteren Teil über ein Kardangelenk 333 mit der Eintrittswelle 334 der Hinterachse 331 verbunden ist und an ihrem vorderen Teil von einem Lager 335 abgestützt wird, auf» An diesem gleichen vorderen Ende ist die Kardanwelle 332 mit der Abtriebswelle 336 des Y/echselgetriebes am Antriebsaggregat 330 über ein Doppelgelenk 337 mit zwei Tripodegelenken und Zwischenführung, wie oben beschrieben, verbundene

Die Gelenkwelle 332, die aus einem Rohr mit großem Durchmesser und geringer Dicke besteht, verhält sich wie ein Resonator und wird gewöhnlich sowohl von den Schwingungen des Motors als auch von denjenigen erregt, die beim Eingriff des Ritzels in das Tellerrad der Hinterachse bei hoher Geschwin-

2- 1 1 O t 1 -18- Berlin,d.13.6.1979

. AP.B 60 K/211 011

. . 54 969/28/32

digkeit entstehen« Durch die Erfindung wird dieser lachteil beseitigt, da durch das Doppelgelenk 337 eine Filterung stattfindet ₉ Im übrigen unterliegt das Lager 335 keinerlei radialer Schwingung, da die Tripodegelenke des Doppelgelenks 337 in dem gegenseitigen Berührungsmittelpunkt der Zwischenführung liegen und die Reibung in dem Doppelgelenk durchaus vernachlässigbar ist·

Angewendet auf eine Lenksäule, die in Fig. 10 dargestellt ist, gibt die Erfindung die Möglichkeit, die Auswirkung von Stoßen, die dem Aufbau des Fahrzeugs 340 an dem ein Lenkgetriebe 341 befestigt ist, durch das Profil der Straße aufgegeben werden, auf das Lenkrad 347 zu vermeiden.

Dieses Lenkgetriebe 341 enthält eine Zahnstange 342, die durch ein Ritzel 343 angetrieben wird das seinerseits miteiner Lenkwelle 344 verbunden ist, die eine der beiden Organe darstellt, die durch ein Doppelgelenk 345 verbunden sind. Das andere 0_rgan, das mit diesem Doppelgelenk 345 verbunden ist, besteht aus einer zweiten Lenkwelle 346, die mit dem Lenkrad 347 verbunden und in einem Lager 348 geführt ist« Ein doppelter Anschlag 349» der mit zwei elastischen Puffern verbunden ist, bestimmt die axiale Lage der Zwischenführung 350 gegenüber den zwei Tripodegelenken 351; 352_O So wird eine vollständige dynamische Trennung zwischen dem Lenkgetriebe 341 und Lenkwelle 346 und dem Lenkrad 347 verwirklicht, wobei natürlich die zu Beginn dieser Beschreibung definierte Bedingung hinsichtlich der Lage der Mittelpunkte der Tripode ge lenke 351» 352 bezüglich des Schwerpunktes und der transversalen Trägheit der Zwischenführung 350 eingehalten wird. Heben diesem Vorzug ist bei dieser Anwendungsart zu bemerken, daß durch die große Winkelbeugung_s die durch die Zwischenführung 350 ermöglicht wird, die Lenksäule in der für das Fahren bequemsten Weise angeordnet werden kann, Natürlich können die beiden

2 11011 - 19 - Berlin,d_c13.6.1979

AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

dargestellten Tripodegelenke 351; 352 bei dieser Anwendung durch Kardangelenke ersetzt werden«, ' . .

Schließlich ist in Fig«, 11 die Anwendung der Erfindung auf einen Kraf tübertragungsmechanismus zwischen einem in der Zeichnung nicht dargestellten Schalthebel und einer Stange zu sehen, die in ihrer Achse und drehend bewegt werden kann und in das Wechselgetriebe 36O führt und dort Schaltorgane betätigt.

Erfindungsgemäß ist die Stange aus zwei Abschnitten 361 j verwirklicht, die durch ein Doppelgelenk 363 mit zwei Kardangelenken 364;365 verbunden sind, die aus zwei einfachen Gabeln 366; 367 bestehen, die an den Abschnitten 361 bzw, befestigt sind« Der Abschnitt 361 befindet sich in einem Lager 368. Die beiden Gabeln sind durch eine Doppelgabel 369 und zv/ei Zapfenkreuze 370; 371 verbunden. Diese Anordnung überträgt sov/ohl Momente entsprechend der Achse der Stangen 361; 362 wie auch axiale Spannungs- und Druckkräfte, um im Getriebe- die Schaltungen des im Fahrzeuginnenraum gelegenen Hebels zu reproduzieren· Um eine Isolierung von den radialen Schwingungen des Motors, d_oh_o von den Schwingungen senkrecht zur allgemeinen Achse der Stangen 36I; 362, zu verwirklichen, wurde die Bedingung

verwirklicht, in der

I die Trägheit der Doppelgabel bezüglich der horizontalen

Achse Z senkrecht zur Ebene der Zeichnung und M die Masse dieser Doppelgabel darstellen«, .

Als wichtiger üebenvorzug ist zu bemerken, daß das Doppelgelenk 363 große Versetzungen zwischen dem Getriebe und der

1101 1 - 20 - Berlin,do 13.β.1979 - · AP B 60 Κ/211 011

54 969/28/32

Steuerstange 361 gestattet.

Kurz gesagt, bei diesen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten ermöglicht es die vorgesehene Vorrichtung, die Übertragung unerwünschter Schwingungen zu beseitigen, indem im Bereich' einer homokinetischen Gelenkvorrichtung eine Trennung und eine Filterung verwirklicht wird, die im Anwendungsbereich des Kraftfahrzeugs so wesentlich den Komfort verbessert,

Claims

Erfindungsanspruch

1* Homokinetisches Doppelgelenk, das zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle angeordnet ist und zwei benachbarte Gelenke mit einer gemeinsamen Z_V/ischenführung aufweist und in der mindestens ein Gelenk gleitend gelagert ist, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden an den zu verbin-Idenden Wellen sitzenden Gelenke (20;30) zueinander relativ radial schiebbar sind und folgende Bedingung zumindest angenähert erfüllt ist:

h χ 1 = f²»

und wobei h und 1 die entsprechenden Abstände sind, die die Mittelpunkte (A;B) der beiden benachbarten Gelenke (20;30) vom Schwerpunkt G der die beiden Gelenke (20;30) verbindenden Zwischenführung (40) entfernt sind und ψ gleich Io ist, wobei Io die Trägheit der Zwischenführung (40) um eine Achse m ist, die senkrecht zu seiner allgemeinen Achse und zur seitlichen Verschiebungsrichtung dieses Organs und durch den Schwerpunkt G verläuft, und wobei m die Masse der Zwischenführung darstellt.

2_e Homokinetisches Doppelgelaik nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenführung (40) oder Zwischenwelle (140) elastisch gegenüber mindestens einer der beiden Wellen der Gelenk- (7) oder Antriebswelle (8) gehalten ist·

3© Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden benachbarten Gelenke (20;30) an sich bekannte Tripode-Gelenke mit nadelgelagerten Rollen sind«, · ^ -

4· Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß in an sich bekannter Weise die Zwischenführung

11011 ~ 22 - Berlin,do13.6.1979

AP B 60 K/211 011 . - 54 969/28/32

(40) die Laufbahnen (41) für die Rollen (22;32) der beiden T ripode-Gelenke auf v/eist,

5« Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenführung (40) einen elastischen Keil (42) aufweist, an dessen beiden Endflächen die Enden (7a;8a) der Gelenk- (7) und Antriebswelle (8) stets angelegt sind,

6, Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 4> gekennzeichnet dadurch, daß ein elastisches Lager (15) zwischen der Zwischenführung (40) und der Gelenkwelle (7) vorgesehen ist. ' .

7* Horaokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Lager (15) zwischen der Zwischenführung (40) und einer Verlängerung (7c) der Gelenkwelle (7) angeordnet ist, die sich über das an der Gelenkwelle (7) b efindliche Tripode-stück (31) hinaus erstreckt.

8# Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Gelenkwelle (7) und die Antriebswelle (8) innerhalb der Zwischenführung (40) durch einen elastisches Lager (14) verbunden sind₀

9· Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß eine Zwischenwelle (140) vorhanden ist, die an ihren beiden Enden die entsprechenden Tripoden (121; 131) der beiden Gelenice aufweist, deren Laufbahnen (123; 133) in. mit der Antriebs- bzw_o Gelenkwelle verbundenen Führungsflanschen (124; 134) angeordnet sind.

10. Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenwelle (140) über eine Doppel-

O 1 tOt t - 23 - Berlin,d_e13o6.1979'

AP B 60 K/211 011 ' 54 969/28/32

manschette (141) aus Elastomer gehalten ist, -wobei die Zwischenwelle im zentralen Teil (142) befestigt ist und die Führungsflanschen (124; 134) durch zwei Hülsen (143; 144) umschlossen sind,

"ι

11«, Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es insbesondere in Kraftfahrzeugen an einem " Ende mit einer treibenden Welle und an ihrem anderen Ende mit einer angetriebenen Welle verbunden ist, wobei eine dieser beiden Wellen eine Gelenkwelle mit einem weiteren homokinetischen Gelenk ist»

12© Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß Mittel zur flexiblen radialen Führung der Gelenkwelle (7) vorgesehen sind₀

13e Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß ein elastisches Lager (11) oder ein Kugelzapfenlager auf einer verhältnismäßig festen Stütze (1.2) angeordnet ist«,

14· Homokinetisches' Doppelgelenk nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Stütze (215;325) zwei Arme (216; 217; 326; 327) aufweist, die am oberen bzw. unteren Lenkerarm (203; 204; 303; 304) des Fahrzeugs angelenkt sind_o

15· Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Mittel zur flexiblen radialen Führung ein elastisches Lager aufweisen, das einerseits zwischen der Gelenkwelle (7) und andererseits der Zwischenführung (40) der homokinetischen Gelenkvorrichtung oder dem Ende der Antriebswelle (8) eingefügt ist·

-24- Berlin,d_o13.6.i979 • AP B. 60 Κ/211 011

54 969/28/32

16» Homokinetisch.es Doppelgelenk nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß das zwischen der Gelenkwelle (307) und dem Rad (301) angeordnete Doppelgelenk zwei benachbarte Gelenice (322; 323) mit einer gemeinsamen Zwischenführung (328) aufweist und folgende Bedingungen

TST x W = -ä + — χ WTK χ LHT " (1)

a ^Ha JH₁ χ H₁H₂

JH2 X JH1 s -i (2)

.-./ ¹V - '

erfüllt, wobei

G der Schwerpunkt der Gelenkwelle mit den beiden an ihren Enden befindlichen Gelenken,

H1 der Mittelpunkt des ersten Tripodegelenkes (322) des Doppelgelenks (321),

H2 der Mittelpunkt des zweiten Tripodegelenks (323),

J der Schwerpunkt der Zwischenführung (328) zwischen diesen beiden Tripodegelenken (322;323),

K der Mittelpunkt des Lagers (324), L der Mittelpunkt des Gelenks (320),

I₀ die Trägheit der mit beiden Gelenken versehenen Gelenkwelle ( 307) gegenüber einer durch ihren Schwerpunkt G und senkrecht zu ihrer Achse verlaufenden Achse,

M die Masse der mit beiden Gelenken versehenen Gelenkwelle (307),

I« die Trägheit der Zwischenführung (328) gegenüber der durch ihren Schwerpunkt J und senkrecht zu ihrer allgemeinen Achse verlaufenden Achse, ~

MLp die Masse der Zwischenführung (328) bezeichnet ist.

17· Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Schwenkachse '(A;B) des zugeordneten

• .' 2 f 1 0.1 1 - 25 - Berlin,d.13.6.1979

AP B 60 K/211 011 54 969/28/32

Rades (301) die Achse der Zwischenführung (328) etwa in ihrer Mitte der Länge schneidet»

18_e Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Doppelgelenk (337) bei einem ein Antriebsaggregat mit einer Hinterachse verbindenden Längstrieb mit Kardanwelle zwischen dem Ausgang des Antriebsaggregats (330) und einem Lager (335) der Kardanwelle . (332) angeordnet ist_e

19* Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Doppelgelenk bei einer Lenkvorrichtung zwischen zwei Lenkwellen (344; .346) angeordnet ist, die, ein Lenkgetriebe mit einem Lenkrad (247) verbindend angeordnet sind* " ",

20» Homokinetisches Doppelgelenk nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Ddppelgelenk (363) zwischen zwei Abschnitten (361; 362) einer Steuerstange angeordnet ist, die in ein Wechselgetriebe schub- und drehbeweglich eingreift.

21* Anordnung nach Erfindungsanspruch 20, gekennzeichnet

dadurch, daß das Doppelgelenk (363) als Doppelkardange- \ lenk ausgeführt ist»

Hierzu„2„S8jten Zeichnungen