CH400682A - Universalgelenk - Google Patents

Description

  Universalgelenk    Die Erfindung bezieht sich auf ein Universalge  lenk und setzt sich zum Ziel, ein Universalgelenk des       Kugelgelenktyps    mit konstanter Geschwindigkeits  übertragung zu schaffen, welches eine relative axiale  Bewegung der über das Gelenk verbundenen Wellen  aufnehmen kann.  



  Kugelgelenke mit konstanter Geschwindigkeits  übertragung umfassen normalerweise     innere    und äu  ssere Glieder, von denen jeweils eines das treibende  und das andere das getriebene Glied des Gelenkes  bildet und die miteinander über eine Reihe von  Kugeln verbunden sind, welche Zwischenglieder bil  den und in aufeinander ausgerichtete     Rinnen    im  inneren und im äusseren Glied eingreifen.

   Dabei  übertragen die Kugeln das Drehmoment und er  möglichen durch Abrollen in den     Rinnen    eine relative  axiale Bewegung des treibenden und des getriebenen  Gliedes im Betrieb des Gelenkes normalerweise  sind Führungsmittel vorgesehen, welche dafür sorgen,  dass die Kupplungskugeln in der Mittelebene des  Gelenkes bleiben, was eine notwendige Voraus  setzung ist, wenn das Gelenk eine genau (oder prak  tisch genau) konstante Geschwindigkeitsübertragung  haben soll. Die Mittelebene ist die Ebene durch das  Zentrum des Gelenkes, welche den Winkel zwischen  den Achsen des treibenden und .des getriebenen Glie  des halbiert.  



  Das erfindungsgemässe Universalgelenk ist ge  kennzeichnet durch ein mit Längsrinnen versehenes  äusseres Glied und ein mit Rinnen versehenes inneres  Glied, das in einem hohlen Träger zentriert ist,  von welchem     drehmomentübertragende    Kugeln,  welche die Glieder miteinander kuppeln, vorstehen  und in entsprechende Rinnen in den beiden     Gliedern     eingreifen, wobei im Träger auch Führungsmittel  für die Kugeln untergebracht sind und wobei der    Träger im äusseren Glied gleitbar ist, um eine axiale  Relativbewegung zwischen den Gliedern aufnehmen  zu können.  



  Der Träger kann vorzugsweise die Form eines  hülsenförmigen Teiles haben, der das innere Glied  umgibt und der eine Wand mit     langgestreckten     Durchgangsöffnungen aufweist, in denen die Kugeln  angeordnet sind.  



  Die Kugeln können mit den     Führungsmitteln    in  direkter Berührung stehen, und in diesem Fall kann  der Träger vorzugsweise mit teilkugelförmigen Innen  flächen zwischen den Kugelöffnungen versehen sein,  welche Innenflächen mit komplementären Oberflä  chen des inneren Gliedes in Berührung stehen kön  nen, um dasselbe zu zentrieren. Alternativ kann  aber auch ein Kugelkäfig vorgesehen sein, dessen  Bewegungen durch die Führungsmittel gesteuert wer  den, und in diesem Fall kann der     Käfig    äussere und  innere teilkugelförmige Oberflächen     aufweisen,    die  mit komplementären Oberflächen -des Trägers und  des inneren Gliedes in Berührung stehen können, um  das innere Glied im Träger zu zentrieren.  



  In der Zeichnung ,sind vier Ausführungsbeispiele  des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und     zwar     zeigt:       Fig.    1 einen     Axialschnitt    eines Universalgelenkes,       Fig.    2 einen Schnitt nach der Linie     II-II    in       Fig.    1,       Fig.    3 einen     Axialschnitt    eines anderen Universal  gelenkes,       Fig.    4 eine ähnliche Ansicht eines dritten Ge  lenkes und       Fig.    5 eine ähnliche Ansicht des vierten Ge  lenkes.  



  Das in den     Fig.    1 und 2     dargestellte    Universal  gelenk umfasst ein hohles, zylindrisches äusseres      Glied 1,     wjlches    drei innere, in Längsrichtung ver  laufende Rinnen 2 aufweist. An einem Ende ist das  äussere Glied 1 mit einem Flansch 3 zum Fest  schrauben an einem Flansch einer in unterbroche  nen Linien dargestellten Welle 4 versehen. Ein mit  einem Kugelende 7 versehenes inneres Glied 5 um  fasst einen Wellenteil 6, welcher aus dem anderen,  offenen Ende des äusseren Gliedes 1 herausragt.  Das Kugelende 7 des inneren Gliedes 5 ist in einem  Träger 8 zentriert, der kolbenähnlich im äusseren  Glied 1 gleitbar ist, um eine relative     Axialbewegung     aufnehmen zu können.  



  Der Träger 8 weist eine Seitenwand mit drei  Durchgangsöffnungen 9 auf, in welchen in gleichen  Winkelabständen drei     drehmomentübertragende    Ku  geln 10 angeordnet sind. Jede der Kugeln 10 greift  in eine der Rinnen 2 im äusseren Glied 1 und in  eine entsprechende Rinne 12 im Kugelende 7 des  inneren Gliedes 5 ein.  



  Der Träger 8 hat die Form eines Ringes mit  einer zylindrischen Aussenfläche 13 und ist innen,  zwischen den Kugelöffnungen 9, mit     teilkugelförmigen     Oberflächen 14 versehen, welche mit -dem Kugel  ende 7 des inneren Gliedes 5 in Berührung stehen, um  das innere Glied im äusseren Glied 1 zu zentrieren.  Das innere Glied 5 ist im Träger 8 durch die teil  kugelförmigen Oberflächen 14 auch in axialer Rich  tung gehalten, und zwei gegenüberliegende Führungs  ringe 15, welche die Führungsmittel des Gelenkes  bilden, sind auf den beiden Seiten der Kugeln 10  angeordnet. Jeder der Führungsringe 15 weist eine  ebene Aussenfläche 16 auf, die mit der Innenseite  eines Halteringes 17 in Berührung steht, der im  entsprechenden Ende des Trägers 8 angeordnet und  darin mittels eines Sprengringes 18 gehalten ist.

   Da  durch können die Führungsringe 15 auf den Halte  ringen 17 in     Radialebenen,    d. h. in Normalebenen  zur Längsachse des Trägers 8, gleiten; eine solche  Gleitbewegung wird hervorgerufen durch den Ein  griff von teilkugelförmigen Oberflächen 19 des in  neren Gliedes 5 mit zentralen Bohrungen 20 in den  Führungsringen 15.  



  Um Raum für die teilkugelförmigen Oberflächen  19 zu schaffen, ist das Kugelende 7 des inneren  Gliedes 5 bei 22 auf beiden Seiten     hinterschnitten,     wobei die Oberflächen 19 in den     hinterschnittenen     Stellen angeordnet sind und von der Ebene durch  die Kugelzentren gleiche Abstände haben. Wenn  daher das äussere Glied 1 mit dem inneren Glied 5  einen Winkel bildet, sind die Führungsringe 15 in  den entsprechenden Gleitebenen um entgegengesetzt  gleiche Strecken verschoben. Die inneren Flächen  oder Führungsflächen 23 der Führungsringe 15 sind  so geformt, dass sie bei der genannten Verschiebung  mit den Kugeln 10 in Berührung treten und dieselben  so führen, dass die Kugelzentren     immer    in der Mittel  ebene des Gelenkes liegen.

   Die Führungsflächen 23  sind im wesentlichen     kegelstumpfförmig,    obwohl in  der Praxis eine geringe Abweichung von der genauen         Kegelstumpfform    erforderlich ist, um eine     genaue     Führung der Kugeln 10 zu erreichen.  



  Die inneren     Kugellaufrinnen    12 im inneren Glied  5 weisen eine elliptische     Querschnittsform    auf. Die  Rinnen 2 im äusseren Glied 1 sind relativ wenig tief  und weisen eine ähnliche     Querschnittsform    auf. Die  Form der Rinnen 2 und 12 ist so gewählt, dass sich  ein Druckwinkel von 45  ergibt. Der Druckwinkel  ist der Winkel, im Zentrum jeder Kugel 10, zwischen  einem Radius durch eine der beiden Berührungs  stellen der Kugel mit den Flanken der entsprechen  den     Rinne    2 oder 12 und einer Geraden durch das  Kugelzentrum, welche den Teilkreis der Kugeln be  rührt. Ähnliche Bedingungen gelten auch für die  drei anderen Gelenke, die im folgenden beschrieben  sind.  



  Das Ende des Gelenkes beim Flansch 3 ist  mittels einer     eingepressten    Dichtungsplatte 24 ver  schlossen, und das andere Ende des Gelenkes ist  mittels einer biegsamen Dichtungsmanschette 25 ab  gedichtet, die durch Halteringe 26 am offenen Ende  des äusseren Gliedes 1 und am Wellenteil 6 befestigt  ist. Die Manschette 25 hält Schmiermittel im Ge  lenk zurück und verhindert das Eindringen von  Schmutz und Feuchtigkeit.  



  Das in     Fig.    3 dargestellte Universalgelenk um  fasst ein äusseres Glied 30, ein inneres Glied 31  und einen Träger 32, welche Teile ähnlich geformt  sind und ähnlich arbeiten wie die entsprechenden  Teile des zuerst beschriebenen Gelenkes.    Ein =geteilter Kugelkäfig 33 von allgemein kugel  förmiger Gestalt und mit einer Öffnung 34 für einen  Wellenteil 35 des inneren Gliedes 31 weist teil  kugelförmige innere und äussere Oberflächen 36 bzw.  37 auf, die mit teilkugelförmigen Oberflächen 38  bzw. 39 des inneren Gliedes 31 und des Trägers 32  in Berührung stehen, wodurch das Kugelende 40  des inneren     Gliedes    31 zentriert wird. Der Träger  32 weist am äusseren Ende eine Öffnung 42 gerin  gen Durchmessers auf, um den Kugelkäfig 33 zu  rückzuhalten.

   Der Kugelkäfig 33 wird beim Zusam  menbau durch eine Öffnung im anderen Ende des  Trägers 32 eingeführt, und ein Haltering 43, der  in dieses andere Ende des Trägers 32 eingesetzt  wird, weist eine teilkugelförmige Lagerfläche 44 auf,  die mit dem Käfig 33 in Berührung steht, um den  selben zu halten.  



  Der Haltering 43 nimmt ein Ende 45 eines  Zentrier- oder     Kugelführungsgliedes    46 auf, dessen  anderes Ende 47 mit einem Sitz im inneren Ende  des inneren Gliedes 31 in Eingriff steht. Das Füh  rungsglied 46 erstreckt sich durch eine Führungs  bohrung 49 im Käfig 33 und weist eine teilkugel  förmige Führungsfläche 50 auf, die mit der Füh  rungsbohrung 49 im Käfig in Berührung steht. Die  Anordnung ist derart, dass durch die Verschiebung  des Führungsgliedes 46, wenn das äussere Glied 30  mit dem inneren Glied 31 einen Winkel bildet, der  Käfig 33 verschoben wird, welcher seinerseits die      Kugeln 52 so verschiebt, dass die Zentren der letzte  ren in der Mittelebene des Gelenkes bleiben.  



  In diesem Fall sind vier in gleichen Winkel  abständen     -angeordnete    Kugeln 52 verwendet, zu  sammen mit je vier entsprechenden Rinnen 53 und  54 im inneren Glied 31 und im äusseren Glied 30.  



  Das in     Fig.4    dargestellte Universalgelenk ent  hält vier     drehmomentübertragende    Kugeln 100 und  einen Kugelkäfig 101, der längs einem Umfang durch  die Kugelzentren geteilt ist. Die Führungsmittel für  die Kugeln 100 umfassen einen Führungsring 102,  welcher in einer     Radialebene    auf einem Haltering  103 gleitbar ist, der mittels einem Schraubengewinde  im inneren Ende eines Trägers 104 befestigt ist.  Der Träger 104 ist in einem hohlen äusseren Glied  105 gleitbar. Die Führungsmittel umfassen ferner  ein Steuerglied 106 mit einer teilkugelförmigen Au  ssenfläche 107, die mit einer Führungsöffnung 108  im inneren Ende des Käfigs 101 in Berührung  steht.  



  Das Steuerglied 106 passt mit einem Gleitsitz  auf einen rohrförmigen     Fortsatz    109 des Führungs  ringes 102, und dies ermöglicht eine axiale Bewegung  des Steuergliedes 106 gegen einen  gewellten  Feder  ring 110 zwischen dem Führungsring 102 und dem  Steuerglied 106. Eine Gleitbewegung der Führungs  mittel in der genannten     Radialebene    wird hervor  gerufen durch einen     Fortsatz    112 am inneren Ende  des inneren Gliedes 113, welcher     Fortsatz    eine teil  kugelförmige Oberfläche 114 aufweist, die mit einer  Bohrung 115 im     Fortsatz    109 in Berührung steht.  



  Die Zentrierung des inneren Gliedes 113 im  Träger 104 wird auch hier durch Berührung zwi  schen teilkugelförmigen Oberflächen 116 und<B>117</B>  auf dem inneren Glied 113 und auf dem Käfig 101  bewirkt. Die Verschiebung der Führungsmittel, wenn  das innere Glied mit dem äusseren Glied einen Win  kel bildet, hat eine solche Verschiebung der Kugeln  100 zur Folge, dass sich die Zentren der letzteren  immer genau in der Mittelebene des Gelenkes be  finden. Der Druck zwischen dem Steuerglied 106  und dem Käfig 101 wirkt bezüglich der Oberfläche  des Halteringes 103 mit einem grossen Druckwinkel;  wenn die beiden Glieder des Gelenkes keinen Winkel  bilden, beträgt der Druckwinkel 45 .

   Durch Abände  rung des Käfigs 101 und der Form des Steuer  gliedes 106 kann der Druckwinkel verändert werden;  eine logische Weiterentwicklung in dieser Richtung  führt zu dem in     Fig.    5 dargestellten Universalgelenk.  



  Bei dem     Universalgelenk    nach     Fig.    5 ist der  Druckwinkel null geworden. Dies ist dadurch erreicht,  dass die Führungsöffnung 151 am inneren Ende  des Käfigs 150 als zylindrische Bohrung ausgebildet  ist. Da damit das Steuerglied 152 keine axiale Halte  kraft mehr auf den Käfig<B>150</B> ausüben kann, ist  ein     Zentrierring    153 mit einer inneren teilkugel  förmigen Oberfläche 154 vorgesehen, die mit der  äusseren Oberfläche des Käfigs 150 in     Berührung     steht. Da eine relative axiale Bewegung des Steuer  gliedes 152 gegenüber der Führungsöffnung 151    in diesem Fall in der Führungsöffnung selbst mög  lich ist, können die Führungsmittel einstöckig ausge  bildet sein.

   Das Steuerglied 152 weist einen Flansch  156 auf, der auf einem Haltering 157 gleiten kann,  welcher auch hier als in das innere Ende des Trägers  158 eingeschraubte Druckplatte ausgebildet ist.    Ein Abstandsring 159 zwischen dem Zentrier  ring 153 und dem Haltering 157 schafft das ge  wünschte     Spiel    für den Flansch 156 zwischen den  beiden letzteren Ringen. Die Dicke des Abstands  ringes 159 ist so gewählt, dass der Flansch 156 mit  einem Gleitsitz zwischen dem     Zentrierring    153 und       dem    Haltering 157 sitzt.  



  Eine teilkugelförmige Oberfläche 160, welche die  Bewegungen der Führungsmittel steuert, indem sie  mit einer Bohrung 161 im Steuerglied in Berührung  steht, ist auch hier auf einem     Fortsatz    162 am inne  ren Ende des inneren Gliedes 163 des Gelenkes vor  gesehen. In diesem Fall ist jedoch der     Fortsatz    162  nicht einstöckig mit dem Glied 163 ausgebildet, er  weist vielmehr einen Schaft 164 auf, welcher mit  einem     Presssitz    in eine Bohrung im Ende des inneren  Gliedes 163 passt.

   Statt dessen     könnte,    um die Not  wendigkeit einer sehr genauen Bearbeitung zu um  gehen und um den Zusammenbau zu erleichtern, der       Fortsatz    162 mit     einem    Gleitsitz in das     innere    Glied  163 passen und unter Federdruck gegen das Steuer  glied 152 stehen.  



  Der     Fortsatz    162 weist eine teilkugelförmige     End-          fläche    165 auf, die mit einer ebenen Innenfläche 166  des Steuergliedes<B>152</B> in Berührung steht. Die     End-          fläche   <B>165</B> enthält das Zentrum des Gelenkes, so  dass zwischen dem     Fortsatz    162 und dem Steuerglied  152 keine relative     Axialbewegung    auftritt, wenn der  Winkel zwischen dem inneren und dem äusseren  Glied des Gelenkes geändert wird. Daher würde bei  der angedeuteten Variante mit federbelastetem Fort  satz die Feder nur allfällige geringfügige Herstel  lungstoleranzen ausgleichen müssen.

   Bei dieser Va  riante könnte auch der Abstandsring 159 wegge  lassen ,sein, wobei der Umfangsrand des     Zentrierrin-          ges    153 ausgedehnt wäre, um eine     Ausnehmung    der  gewünschten Breite für den Flansch 156 zu bilden,  der von der Feder in Berührung mit .dem Haltering  157 gehalten würde. Bei der in     Fig.    5 dargestellten  Ausführungsform ist jedoch die Dicke des Abstands  ringes 159 von grosser Bedeutung, da der Flansch 156  frei gleiten können muss und doch in axialer Rich  tung zwischen den Ringen 153 und 157 genau ge  halten sein soll.  



  In der vorstehenden     Beschriebung    sind die Aus  führungsformen nach den     Fig.    3 bis 5 etwas weniger  ins. einzelne gehend beschrieben als diejenige nach       Fig.    1, um unnötige Wiederholungen der grundlegen  den Konstruktionsmerkmale der     Universalgelenke    zu  vermeiden. Diese Merkmale sind in Anbetracht der  Beschreibung der Ausführungsform nach den     Fig.    1  und 2 ohne weiteres aus der Zeichnung zu entneh  men.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Universalgelenk, gekennzeichnet durch ein mit Längsrinnen versehenes äusseres Glied und ein mit Rinnen versehenes inneres Glied, das in einem hohlen Träger zentriert ist, von welchem drehmomentüber- tragende Kugeln, welche die beiden Glieder mit einander kuppeln, vorstehen und in entsprechende Rinnen in den beiden Gliedern eingreifen, wobei im Träger auch Führungsmittel für die Kugeln unter gebracht sind und wobei der Träger gleitbar im äusseren Glied angeordnet ist, um eine axiale Relativ bewegung zwischen den Gliedern aufnehmen zu kön nen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Universalgelenk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger die Form eines hülsenförmigen Teiles hat, der das innere Glied umgibt, und eine Wand mit langgestreckten Durch gangsöffnungen aufweist, in denen die Kugeln ange ordnet sind. 2. Universalgelenk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln mit den Führungs mitteln in direkter Berührung stehen. 3. Universalgelenk nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel in Abständen angeordnete Führungsringe umfassen, zwischen welchen die Kugeln angeordnet sind und welche mit den Kugeln in Berührung stehende Füh rungsflächen aufweisen, wobei die Führungsringe in parallelen Ebenen radial zur Gelenkachse gleitbar sind. 4.

   Universalgelenk nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass jeder der Führungsringe eine zentrale Bohrung aufweist, die mit einer Füh rungsfläche auf dem inneren Glied in Berührung steht, so dass eine Veränderung des Winkels zwi schen den beiden Gliedern entgegengesetzt gleiche Verschiebungen der Führungsringe in den genannten parallelen Ebenen zur Folge hat. 5. Universalgelenk nach Unteranspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die Führungsringe auf Halteringen gleitbar sind, die in den Enden des Trägers befestigt sind. 6. Universalgelenk nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch einen Kugelkäfig, dessen Bewegungen durch die Führungsmittel gesteuert werden, um die Kugeln an vorbestimmten Stellen zu halten. 7.

   Universalgelenk nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass der Käfig äussere und innere teilkugelförmige Oberflächen aufweist, die mit komplementären Oberflächen des Trägers und des inneren Gliedes in Berührung stehen, um das innere Glied im Träger zu zentrieren. B. Universalgelenk nach Unteranspruch 6, ge kennzeichnet durch ein langgestrecktes Führungs- glied, das sich durch eine Bohrung im Käfig er streckt und mit dieser Bohrung in Berührung steht, wobei das Führungsglied in dem Zustand des Ge lenkes, in welchem die Glieder keinen Winkel mit einander bilden, auf die Gelenkachse ausgerichtet ist und wobei das eine Ende des Führungsgliedes im Träger und das andere Ende im inneren Glied ge führt sind.

   9. Universalgelenk nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel in einer Ebene gleitbar sind, die radial zum Gelenk angeordnet ist, und dass die Führungsmittel in eine Führungsöffnung im Kugelkäfig eingreifen. 10. Universalgelenk nach Unteranspruch 9, ge kennzeichnet durch einen Fortsatz am inneren Glied, der in eine Bohrung in den Führungsmitteln eingreift, um beim Ändern des Winkels, den die beiden Glieder des Gelenkes miteinander bilden, eine Gleitbewegung der Führungsmittel zu bewirken. 11. Universalgelenk nach Unteranspruch 10, da durch gekennzeichnet, dass der genannte Fortsatz mit dem inneren Glied einstückig ausgebildet oder in demselben befestigt ist. 12.

   Universalgelenk nach Unteranspruch 10, da durch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel einen in seitlicher Richtung gleitbaren Führungsring um fassen, der mit dem genannten Fortsatz in Berüh rung steht und auf dem ein in axialer Richtung gleitbares, federbelastetes Steuerglied montiert ist, das in die Führungsöffnung im Kugelkäfig eingreift. 13. Universalgelenk nach Unteranspruch 10, da durch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel ein in seitlicher Richtung gleitbares, in axialer Richtung gehaltenes Steuerglied umfassen, das in die Führungs öffnung im Kugelkäfig eingreift, wobei das Steuer glied in der Führungsöffnung axial gleitbar ist. 14.

   Universalgelenk nach Unteranspruch 13, da durch gekennzeichnet, dass das Steuerglied einen Flansch aufweist, der gleitbar und in axialer Rich tung geführt zwischen einem Zentrierring und einem Haltering gehalten ist, wobei der Zentrierring und der Haltering im Träger befestigt sind und wobei der Zentrierring so ausgebildet ist, dass er beim Zen trieren des Kugelköfigs relativ zum inneren Glied mithilft. 15. Universalgelenk nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kugelrinnen im inne ren und im äusseren Glied elliptische Querschnitts form haben. 16.

   Universalgelenk nach Unteranspruch 15, da durch gekennzeichnet, dass die elliptische Form der Rinnen so gewählt ist, dass der Druckwinkel 45 beträgt.