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Dokumentenidentifikation DE10023372A1 15.02.2001
Titel Gleichlauf-Kardanwelle
Anmelder Lessau, Kurt, 53842 Troisdorf, DE
Erfinder Lessau, Kurt, 53842 Troisdorf, DE
DE-Anmeldedatum 12.05.2000
DE-Aktenzeichen 10023372
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse B60K 17/22
Zusammenfassung Kardanwellen sind seit 100 Jahren in Personenkraftwagen und Lastkraftwagen im Einsatz. Es handelt sich hierbei um Gelenkwellen mit 2 Kreuzgelenken, welche die Motorleistung auf das Differentialgetriebe der anfangs verwendeten starren Hinterachs-Einheit zu übertragen hatten. Aufgrund des relativ großen Abstandes zwischen Motor und Differentialgetriebe führte der bei Einfederung der Hinterachse in Anspruch genommene Federweg zu einem so kleinen Beugewinkel, daß der Nachteil von Kreuzgelenkwellen, den von der Achsrichtung abweichenden angetriebenen Schenkel während einer Wellenumdrehung 2x zu beschleunigen und 2x zu verzögern, keine ernsthaften Probleme aufwarf.
Die Situation änderte sich, als in den sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts bei Personenkraftwagen die starre Hinterachse durch einzelradgefederte Halbachsen ersetzt wurde und der Frontantrieb einen starken Aufschwung hatte, für den ebenfalls einzelradgefederte Halbachsen benötigt werden, die Beugewinkel von ca. 22 Grad zulassen, ohne daß es zu größeren Ungleichmäßigkeiten der Rotation von Antriebsachse und Radachse kommt. Dies ist wichtig im Hinblick auf die großen Massen an den Enden der Gelenkwelle, die bei asynchroner Rotation Haltbarkeits- und Vibrationsprobleme verursachen.
Gegenstand des hiermit beschriebenen Vorschlags ist eine Kreuzgelenkwelle, bei deren Einsatz unter der Voraussetzung übereinstimmender Achsrichtung der antreibende und der mit dem Rad verbundene Wellenteil bei Beugewinkeln von 0 Grad ...

Beschreibung[de]

Die seit 100 Jahren in Personenkraftwagen und Lastkraftwagen eingesetzten Kardanwellen (KREUZGELENKWELLEN) weisen den Nachteil auf, daß die von einem Wellenschenkel auf den von der Achsrichtung abweichenden benachbarten Wellenteil übertragene Rotation nicht genau der Rotation des Wellenschenkels entspricht, sondern pro Wellenumdrehung zwei Beschleunigungs- und zwei Verzögerungsphasen aufweist. Da in diesem Falle mit dem Schwung der arbeitenden Antriebseinheit und dem Gewicht eines Viertels des Fahrzeuggewichts eine starke kinetische Energie einer großen Masse gegenübersteht sind Haltbarkeits- und Vibrationsprobleme vorprogrammiert, wenn die Richtungsabweichung (Beugewinkel) zwischen antreibendem und angetriebenem Wellenteil mehr als 3 Grad beträgt.

Durch die Einführung der einzelradgefederten Halbachsen anstelle der hinteren Starrachse und des Frontantriebs werden seit Anfang der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts Gelenkwellen benötigt, die Beugewinkel von 22 Grad zulassen ohne daß es zu größeren Unregelmäßigkeiten der Rotation von Antriebsachse und Radachse kommt.

Es gibt Entwicklungen, die diesem Ziele nahekommen. Bereits 1926 wurde von Pierre Fénaille das TRACTA-Gelenk erfunden, das hohe Drehmomente übertragen kann. 1929 erhielt Alfred Hans Rzeppa ein Patent für ein Kugelgelenk mit 6 Kugeln, die durch einen Käfig zwischen Außenglocke und Innennabe gesteuert werden. Bernhard K. Stuber meldete 1933 ein Kugelfestgelenk mit Offsetsteuerung an. Das 1960 von Dr. Michel Orain entwickelte TRIPODE-GLEICHLAUFVERSCHIEBEGELENK und das 1962 von LÖBRO entwickelte SECHSKUGEL-VL-GELENK haben in den vergangenen 3 Jahrzehnten Bedeutung erlangt.

Ziel dieses Vorschlags ist eine Gelenkwelle, die einerseits den Gleichlauf von antreibendem und angetriebenem Wellenteil und andererseits die Übertragung hoher Drehmomente ermöglicht.

Die synchrone Rotation wird dadurch erreicht, daß der vertikal verlaufenden durchgehenden Achse des ersten Kugel- oder auch Kreuzgelenks, das dem abgewinkelten Wellenmittelteil einen verzögernden Impuls mitgibt, am anderen Ende des Wellenmittelteils ein Gelenk mit horizontal verlaufender durchgehender Achse gegenübersteht, das dem abgewinkelten Radteil der Welle einen beschleunigenden Impuls gibt, so daß sich im Bereich des Radteils beide Impulse überlagern und neutralisieren und der Radteil im Falle gleichgerichteter Wellenachsen synchron mit dem antreibenden Wellenteil rotiert. Die Rotationsunregelmäßigkeiten werden auf diese Weise voll auf den massearmen Mittelteil der Kardanwelle beschränkt. Die Kraftübertragung bleibt während der Abwinklung voll erhalten. Das übertragbare Drehmoment vermindert sich mit dem Anstieg des Beugewinkels.

ERLÄUTERUNG DER SKIZZEN (Fig. 1 und 2)
  • a) Radaufhängungsteil der Welle
  • b) Antriebsteil der Welle
  • c) eingeführte Kreuzgelenkwelle
  • d) Kreuzgelenkwelle mit durchgehenden Achsen, die in den Kreuzgelenken gegeneinander um 90 Grad versetzt sind
  • e) durchgehende Kreuzgelenkachsen
  • f) Rotations-Abweichung gegenüber der Rotation des Antriebsteils x (Beispiel).

Anspruch[de]
  1. 1. KARDANWELLE (KREUZGELENKWELLE) bestehend aus einem Teilstück oder Flansch für die Verbindung mit dem Motor oder dem Differentialgetriebe eines Kraftfahrzeugs, einem Mittelteil, einer Vorrichtung zum Ausgleich der Längenveränderung im Falle der Abwinkelung des Mittelteils, 2 Kreuzgelenken und einem Rad-Anschlußteil, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Achsen der die 3 Teile der Welle miteinander verbindenden Kreuzgelenke um 90 Grad versetzt angebracht sind wodurch es vor dem Kreuzgelenk beim Rad-Anschlußteil zur Überlagerung der vom anderen Kreuzgelenk auf den Mittelteil der Welle übertragenen Rotations-Unregelmäßigkeiten mit den vom Kreuzgelenk beim Rad-Anschlußteil verursachten Rotations-Unregelmäßigkeiten kommt mit der Auswirkung, daß sich die Rotations-Unregelmäßigkeiten gegenseitig aufheben und im Falle gleichgerichteter Wellen-Endteile die Rotation von Antriebsteil und Rad-Anschlußteil in der Vertikalebene synchron verläuft unabhängig von der Größe des Beugewinkels.
  2. 2. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellen-Mittelteil aus einem massearmen Rohr besteht, damit die ungleichmäßige Rotation des Mittelteils nicht unkontrollierbare Vibrationen verursacht.
  3. 3. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ich bei der Gelenkwelle um eine Alternative der eingeführten KREUZGELENK-KARDANWELLE, z. B. eine KUGELGELENK-KARDANWELLE, handelt. 4. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil der Welle aus einem Drehstab besteht von der Art, die in der Vergangenheit für die Einzelradfederung von Kraftfahrzeugen eingesetzt wurde.
  4. 5. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil der Welle aus mehreren dünneren Drehstäben besteht ÄHNLICH WIE EIN LIKTORENBÜNDEL.
  5. 6. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der angestrebte Ausgleichsumfang erreicht wird durch
    1. a) in Umfangs-Richtung angebrachte Druckfedern b) Dämpfungsblöcke aus Gummi
    2. b) eine Gummi-Scheibe, die abwechselnd mit der einen und der anderen Wellenteil-Hälfte verbunden ist
    3. c) Hydraulik (Öl)
    4. d) andere vibrationsdämmende Maßnahmen.
  6. 7. KARDANWELLE nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil aus einem relativ dünnen verwindungsunempfindlichen Metallstab besteht, der die beiden Kreuzgelenke an seinen Enden zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion (die durchgehenden Achsen exakt um 90 Grad versetzt zu fixieren) befähigt und einem mit den Kreuzgelenken durch Gummimuffen verbundenen stabilisierenden Metallrohr mit dem Durchmesser der Kreuzgelenke, das einerseits die erforderliche Stabilität bietet, andererseits aber aufgrund seiner Massenträgheit den Rotationsunregelmäßigkeiten nicht folgen kann und sich deshalb auf eine mittlere Rotationsgeschwindigkeit einstellt, die der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsteils entspricht. Da die Massenträgheit in Abhängigkeit vom Gewicht linear und in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit im Quadrat zunimmt wirkt sich ein hohes Rohrgewicht nicht nachteilig aus.






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