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Kupplung
Die Erfindung betrifft eine Kupplung, mit einem im wesentlichen hülsenförmigen Aussenteil und einem inneren Nabenteil mit kugelförmiger Aussenfläche, welche Nuten aufweisen, in die von einem Kugelkäfig geführte Kugeln eingreifen, wobei mechanische Führungseinrichtungen zur Steuerung der Winkellage des Käfigs vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft mit andern Worten also drehmomentübertragende, selbstzentrierende Universalgelenke oder-kupplungen, bei denen die Winkelgeschwindigkeit konstant gehalten wird und bei denen die Antriebsübertragungselemente Reihen von Stahlkugeln aufweisen, welche mit
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wird, wie dies bei bekannten Kugellagern angewendet wird, wobei die Ausnehmungen im inneren Glied des Gelenkes (Nabe), an dessen Aussenseite und an der Innenseite des äusseren Gliedes des Gelenkes (Hülse), angeordnet sind und die Ausnehmungen parallel zur Drehachse der genannten Glieder stehen, sowie die drehmomentübertragenden Elemente durch einen Käfig in einer Drehebene gehalten werden.
Gelenke dieser Art übertragen, wie man weiss, eine Bewegung zwischen den beiden Gliedern nur dann gleichmässig, wenn, im Falle die Glieder gegeneinander gewinkelt sind, die Achse des Käfigs, welche senkrecht auf der die Kugelmittelpunkte enthaltenden Ebene steht, den Winkel zwischen den Gliedachsen halbiert. Aus diesem Grund müssen, immer wenn die Wellen im Winkel zueinander stehen, gleichgültig ob die Wellen rotieren oder nicht, Mittel vorgesehen werden, welche den Käfig genau in die winkelhalbierende mittlere Stellung bringen.
Der Kugelkäfig wird daher bei bekannten Konstruktionen mittels eines axial angeordneten Führungshebels oder mittels dreier radial angeordneter Führungshebel in der Rotationsebene der treibenden Kugeln liegenden Ebene, wenn Nabe und Hülse zueinander zentriert laufen, geführt.
Um einen einstückigen Käfig verwenden zu können, ist es bekannt, zwei Kugelöffnungen im Käfiv viel grösser als die Kugeln vorzusehen. Die Anwendung eines solchen Käfigs ist jedoch auf Universalgelenke (Kupplungen) beschränkt, die einen schmalen Nabenteil und nicht mehr als sechs Kugeln aufweisen. In andern Worten, ein Käfig mit zwei grossen Offnungen kann nur bei Kupplungen verwendet werden, welche nicht mehr als sechs Kugeln aufweisen und wobei die Steuerung des Käfigs entweder durch exzentrische Ausnehmungen oder durch einen axial angeordneten Steuerhebel
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Das Hauptziel der Erfindung ist eine verbesserte Konstruktion, die es ermöglicht, einen einstückigen Kugelkäfig auf einem Nabenteil anzuordnen, wobei dessen Breite wesentlich grösser ist als die axiale Länge der Kugelnuten, und ist auf Kupplungen mit beliebiger Anzahl von Kugeln anwendbar.
Die genannte Konstruktion dient im besonderen der wirtschaftlichen Herstellung von "heavy duty" Universalgelenken.
Bei einer bekannten Konstruktion eines Kreuzgelenkes ist ein hohlkugelförmiger Käfig zur Aufnahme von 4 Kugeln gleicher Grösse vorgesehen, sowie ein axial angeordnetes Leitglied, das mit
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einem Ende im Kugelteil einer Welle und mit seinem andern Ende im zylindrischen Teil einer Bohrung eines Einsatzes in der Hülse gelenkig gelagert ist. Zwischen den beiden Enden weist das Leitglied eine teilsphärische Fläche auf, die mit einer Leitbohrung des Käfigs in Eingriff steht.
Demgegenüber ist die erfindungsgemässe Kupplung dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche der Nabe mit einem zylindrischen Teil versehen ist, dessen Achse in einem Winkel zur Nabenachse angeordnet ist, und die Innenseite des Käfigs eine mittige Kugelfläche aufweist, an welche sich zylindrische Endabschnitte anschliessen, wobei die Bohrung des Käfigs als Gleitsitz auf dem zylindrischen Nabenteil ausgebildet ist und wobei der Käfig über den zylindrischen Teil der Nabe schiebbar und dann in die gewünschte Ebene der Kugelmittelpunkte drehbar ist, und dass die mittige Kugelfläche des Käfigs als Gleitsitz auf der Kugelfläche der Nabe ausgebildet ist, auf welcher der Käfig pendelt, und dass der Käfig keinen Kontakt mit dem Aussenteil hat.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind am Aussenteil Auflagerringe angeordnet, welche auf der Innenseite gegeneinander gerichtete Kugelflächen aufweisen, die mit entsprechenden Flächen auf der Nabe in Berührung stehen.
Dabei kann der Nabenteil einstückig ausgeführt sein. Es ist allerdings nach einem andern Kennzeichen der Erfindung auch möglich, dass die Nabe mit einer zentralen äusseren Oberfläche in Form einer Kugelzone versehen ist, wobei diese Fläche und der zylindrische Teil etwa die gleiche axiale Länge wie die Kugelnuten aufweisen und wobei zwei mit einer Kugelfläche ausgestattete Nabenringe, deren Durchmesser der Kugelfläche gleich oder etwas kleiner als der der Nabe ist, jeder an einer Seite der Nuten vorgesehen sind, und deren Kugelflächen in Kontakt mit den Kugelflächen der Auflagerringe stehen.
Die Gelenke oder Kupplungen nach der Erfindung sind mit mechanischen Führungseinrichtungen zur Einstellung der Winkellage des Käfigs versehen, wobei vorzugsweise drei radial angeordnete Führungshebel vorgesehen sind.
Wenn der ringförmige Kugelkäfig von drei radial angeordneten Führungshebeln geführt wird, ist der Käfig mit drei in gleichen Abständen verteilten, in einer, mit der Ebene der für die Kugeln vorgesehenen Öffnungen zusammenfallenden Ebene angeordneten Öffnungen versehen, welche einen Angriffspunkt für die Führungshebel bilden, wobei entsprechende Lagerungen in der Nabe und in der Hülse angeordnet sind. Der Kugelkäfig weist Ausnehmungen zur Aufnahme der Kugeln auf, die untereinander in Form und Grösse gleich sind, wobei die Form der Ausnehmungen kugelförmig oder etwas in die Länge gezogen sein kann, d. h., dass die Länge nicht mehr als 110 bis 120% des Kugeldurchmessers ausmacht.
Die Nabe kann also mit einer zentralen äusseren Oberfläche in Form einer Kugelzone versehen werden, wobei diese Oberfläche und die zylindrische Oberfläche die gleiche axiale Länge wie die Kugelnuten aufweisen und wobei zwei, mit einer kugeligen Fläche ausgestattete Auflagerringe, wobei der Durchmesser der kugeligen Fläche gleich oder etwas kleiner als der der Nabe ist, jeder an einer Seite der Nuten vorgesehen sind, wobei diese Ringe mit den genannten Oberflächen in Form von Kugelzonen ausgestattet sind und mit durchgehenden Oberflächen in Kontakt mit den kugeligen Oberflächen der Auflagerringe in der Hülse stehen, wobei ein Schmiermittelfluss von der Kugelkammer durch die zylindrischen Abflachungen nach jedem Ende der Nabe verhindert wird, wie dies z. B. bei einer Konstruktion mit einer einstückigen Nabe in Form einer Kugelzone gegeben ist.
Zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Gelenkes werden anschliessend beispielsweise an Hand der Zeichnungen beschrieben, worin Fig. 1 ein Längsschnitt eines erfindungsgemässen Gelenkes ist, Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht, welche die Teile in einer gegenseitigen Winkellage zeigt ; Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie III-III in Fig. l ; Fig. 4 zeigt einen Kugelkäfig, wobei die Öffnungen für die Kugeln und für die Steuerungshebel im Käfig dargestellt sind ; Fig. 5 zeigt das Aufstecken des Kugelkäfig auf die zylindrische Abflachung der Nabe, wobei die Kugelausnehmungen nicht eingezeichnet sind ;
Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Konstruktion des erfindungsgemässen Universalgelenkes. wobei die Nabe mit zwei Halteringen mit Kugelflächen ausgestattet ist und Fig. 7 ist ein Teilgrundriss der Nabe nach Fig. 6, wobei eine Kugel in einer Nut und eine Zylinderfläche von etwas grösserer Weite als die Kugelnut dargestellt sind.
Die Kupplung weist eine innerhalb einer Hülse --11-- gelagcrte Nabe --10-- auf. In einer Bohrung der Nabe ist eine Welle--12--angeordnet und mit einem Keil-15-befestigt. Die Welle kann entweder mit Evolventen oder Parallelverzahnung zur axialen oder sogenannten Längenkompensationsbewegung ausgestattet sein. In den dargestellten Zeichnungen ist jedoch die Nabe zwischen einer Schulter--16--der Welle und einem Federring--17--auf der Welle gehalten.
Die Hülse ist mit einem Flansch --18-- zum Anschrauben eines Flansches einer andern Welle
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(nicht dargestellt) ausgestattet.
Die Hülse weist einen Innenflansch--19--, an welchen eine Deckplatte --20-- angeschraubt ist, an einem Ende auf. Am andern Ende zeigt die Hülse einen abnehmbaren Teil-22--, der mit einem InnenHansch--23--ausgestattet ist. Eine ölabdichtmanschette --24-- ist am abnehmbaren Endteil --22-- befestigt und umschliesst die Welle-12-.
Die Hülse weist zueinander parallele Nuten --26-- auf, welche Stahlkugeln --27-- aufnehmen und hat weiterhin eine innere kreisförmige Ausnehmung --28-- und äussere, einen Spielraum für die Nuten lassende Ausnehmungen--29--, die koaxial mit jeder Nut angeordnet sind, so dass nur der mittlere oder Arbeitsteil der Nuten Präzisionsbearbeitung erfordert.
Die Nabe weist äussere Auflagerflächen --30A,3-B-- (Fig.2) in Form von Kugelzonen auf, wobei diese Auflagerflächen in Abstand entlang der Achse der Nabe angeordnet sind und wobei diese Oberflächen in gleitbare Berührung mit Oberflächen derselben Form, welche gegeneinander gerichtet an Auflagerringen --31A, 31B--, welche an der Hülse angeordnet sind, zur axialen Fixierung der Nabe bringbar sind. Die kugelförmige Oberfläche der Nabe hat bezüglich der Auflagerflächen der Ringe --31A, 31B-- etwas Spiel.
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und die Antriebskugeln --27-- aufnehmen, sowie Spielraum bildende Ausnehmungen--36, 37--, wodurch nur der mittlere oder Arbeitsteil der Nut Präzisionsbearbeitung erfordert.
Ein einstückiger Käfig --39-- weist eine mittige Innenfläche --40-- in Form eines Kugelabschnittes auf, so dass der Käfig gleitbar auf der Oberfläche der Nabe ist. Äussere zylindrische Ränder --41, 42-- schliessen sich an jeder Seite des mittleren Teiles --40-- des Käfigs an, um die gewünschte Stärke des Käfigs zu erreichen.
Damit der Käfig auf der Nabe aufschiebbar ist, erhält die Nabe nach dem Einspannen an den Punkten-45, 46- (Fig. 5) durch Abdrehen eine zylindrische Abflachung-44--, wobei die Achse der Welle--12--in der Mittelebene der Zylinderfläche liegt und diese Mittelebene mit der von einer Antriebskugel und einem diametral gegenüberliegenden Käfigsteuerhebel gebildeten Mittelebene zusammenfällt. Die Breite der zylindrischen Abflachung ist etwas grösser als der Kugeldurchmesser, so dass sie die Kanten einer Kugelnut etwas überragt.
Der Käfig --39-- wird an seinen inneren ringförmigen, zylindrischen Rändern --41, 42-- auf einen Durchmesser abgedreht, der dem der Zylinderfläche --44-- etwa entspricht, so dass beim Darüberschieben ein Gleitsitz gegeben ist, wobei der Käfig --39-- aufgeschoben wird, bevor die Nabe an die Welle--12--geschraubt wird.
Nach dem Aufschieben des Käfigs --39-- in der Ebene-48, 49- (Fig. 5) wird der Käfig um die Achse, die ebenfalls durch--48, 49-- gegeben ist, um 900 gedreht, um ihn in die, in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Lage zu bringen, wo seine innere kugelförmige Fläche --40-- im Gleitsitz auf der Kugelfläche der Nabe aufliegt.
Der Käfig weist Öffnungen --50-- (Fig. 4) zur Aufnahme der Kugeln auf, wobei diese Öffnungen in peripherer Richtung etwas verlängert sind, jedoch der grösste Öffnungsdurchmesser - 110 bis 120% des Kugeldurchmessers nicht übersteigt. Die Öffnungen weisen teilweise kreisförmige Abschnitte--51--auf, welche das benötigte radiale Spiel der Kugeln ermöglichen, welche auf zwei parallelen Abschnitten--52--aufsitzen, welche die Kugeln jederzeit in einer Drehebene halten.
Wechselweise können die Öffnungen auch so ausgeführt sein, dass sie kreisförmig sind und nur ein Spiel für die Kugeln aufweisen. Die Oberfläche der Kugelöffnungen sowie die innere Kugelfläche --40-- des Käfigs können gehärtet sein.
Eine Führungseinrichtung zur Erreichung der richtigen Lage des Käfigs weist drei Hebel - -60A, 60B, 60C-- auf. Jeder Hebel ist in seinem Mittelteil --63-- und an seinem äusseren und inneren Ende --61, 62-- mit kugelförmigen Flächen versehen.
Das äussere Ende--61--, das etwas grösseren Durchmesser als die Teile--62, 63-- aufweist und den Drehpunkt des Hebels bildet, wird durch eine Verschraubung --65-- gegen eine Scheibe - gedrückt, wobei die Verschraubung--65--und die Scheibe --64-- ein Gleitlager für den Teil--61--des Hebels bilden und dieser durch die Scheibe--64--durchragt. Die Scheibe - und die Verschraubung --65-- sind in einer Ausnehmung der Hiilse-11-- untergebracht. Das Endendes Hebels gleitet in einer Bohrung-67-der Nabe--10-.
Der Teil --63-- gleitet in einem Loch --77-- im Käfig --39-- und die Hülse bzw. die Nabe sind bei--70 bzw. 71-- (Fig. 3) ausgeschnitten, um Kippbewegungen des Hebels zu ermöglichen.
Es ist ersichtlich, dass bei einem gegebenen Teilkreisdurchmesser der Kugeln --27-- der
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Durchmesser der inneren Kugelfläche des Käfigs geringfügig kleiner und der Durchmesser der äusseren Kugelfläche deutlich grösser ist, so dass bei einer gegebenen Dicke des Käfigs die Flanken der Kugelnuten in der Hülse und in der Nabe gleich sind. Die Nutenflanken in der Hülse und in der Nabe sind gleich und erstrecken sich über einen Winkel von 800, so dass die Dicke des Käfigs etwa einem Winkel von 20 des Kugeldurchmessers entspricht.
Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform sind die drei Führungshebel durch einen einzigen Führungshebel ersetzt, dessen äusseres Ende in einer platte --20-- sitzt, wobei der Käfig mit Armen versehen ist, welche zwischen der platte --20-- und dem anschliessenden Wellenende eine Schwenkführung aufweisen, wobei das innere Ende des Hebels im Ende der Welle--12--schwenkbar gelagert ist.
In der in Fig. 6 dargestellten, abgeänderten Ausführungsform ist die Nabe mit einer mittigen Aussenfläche in Form einer Kugelzone (frusto-sphärische Fläche) versehen, wobei diese Aussenfläche und die hier nicht eingezeichnete Zylinder fläche --44-- (vgl. die erste Ausführungsform) eine axiale Länge aufweisen, welche der Länge der Kugelnuten --35-- etwa gleich ist. Die Nabe trägt zwei Ringe - -74, 75--, die äussere Kugelflächen aufweisen und durch Auflagerringe (Passringe)-31A, 31B-- an der Hülse gehalten werden, wobei sie auf Oberflächen dieser Passring gleiten. Der Durchmesser der Kugelfläche der Ringe-74, 75- ist gleich oder etwas kleiner als der der Nabe.
Die Ringe - -74, 75-- werden nach dem Aufsetzen des Kugelkäfig montiert und haben eine durchlaufende Oberfläche, die mit der Kugelfläche der Ringe --31A, 31B-- in Kontakt steht, wobei ein Schmiermittelfluss aus der Kugelkammer, wie dies in der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion mittels der durch die Zylinderoberfläche gebildeten Kanäle --76-- möglich ist, verhindert wird.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Kupplung, mit einem im wesentlichen hiilsenförmigen Aussenteil und einem inneren Nabenteil mit kugelförmiger Aussenfläche, welche Nuten aufweisen, in die von einem Kugelkäfig geführte Kugeln eingreifen, wobei mechanische Führungseinrichtungen zur Steuerung der Winkellage des Käfigs
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dasszylindrischen Teil (44) versehen ist, dessen Achse in einem Winkel zur Nabenachse angeordnet ist, und die Innenseite des Käfigs (39) eine mittige Kugelfläche (40) aufweist, an welche sich zylindrische Endabschnitte (41, 42) anschliessen, wobei die Bohrung des Käfigs (39) als Gleitsitz auf dem zylindrischen Nabenteil (44) ausgebildet ist und wobei der Käfig (39) über den zylindrischen Teil (44) der Nabe (10) schiebbar uiid dann in die gewünschte Ebene der Kugelmittelpunkte drehbar ist,
und dass
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auf welcher der Käfig (39) pendelt, und dass der Käfig (39) keinen Kontakt mit dem Aussenteil (11) hat.