Einrichtung zur Verbindung zweier axialen und/oder winkligen und/oder parallelen Verschiebungen ausgesetzter Wellen mittels einer Kardanwelle Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbin dung zweier axialen und/oder winkligen und/oder paral lelen Verschiebungen ausgesetzter Wellen mittels einer Kardanwelle.
Es sind bereits zahlreiche Kupplungsanordnungen zwischen zwei Wellen und zwischengeschalteter Kardan welle bekannt. Bei den meisten bekannten Verbindun gen dieser Art ist zum Ausgleich axialer Verschiebun gen der beiden Wellen die Gelenkwelle als Teleskop welle ausgebildet, die ihre Länge also verändern kann, indem der eine in den anderen Teil eingeschoben oder aus diesem ausgezogen wird. Hierzu sind zur überwin- dung der Reibung axiale Kräfte erforderlich, die bei Übertragung des Nenndrehmomentes der Kupplung relativ gross sein können. Diese Kräfte bedeuten einen Energieverlust und erhöhen den Verschleiss.
Vor allem an den sich ineinander schiebenden Teilen tritt ein Ver- schleiss auf, den man mittels Schmierung klein zu halten versuchen muss. Auch die Kreuzgelenke, mit denen die Kardanwelle an die beiden zu kuppelnden Wellen ange- lenkt ist, benötigen eine laufende Schmierung und über wachung, so dass solche bekannte Kupplungsanordnun gen einer laufenden Wartung bedürfen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungs anordnung mit einer Kardanwelle zu schaffen, die kei nerlei Wartung benötigt und eine grosse axiale Ver- schiebbarkeit der beiden zu kuppelnden Wellen bei ge ringen axialen Widerstandskräften bei Drehmoment-Be- lastung sowie eine winklige und parallele Verschiebbar- keit der beiden zu kuppelnden Wellen ohne grosse in nere Widerstandskräfte zulässt. Die Anordnung soll nur eine geringe oder sehr kleine Umfangselastizität aufwei sen.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass zur Verbindung jedes der beiden Enden der Kardanwelle mit je einem Ende der beiden anderen Wellen je eine zentrierende Gelenkhebelkupplung mit jeweils mindestens drei Gelenkhebeln dient, die über Gelenke an der einen bzw. der anderen Welle und der Kardan-Welle angreifen. Die bei dieser Kupplungsanordnung zur Verwen dung kommenden Gelenkhebelkupplungen sind an sich bereits bekannt. Sie lassen eine grosse axiale Beweglich keit mit nur äusserst geringen Rückstellkräften zu und besitzen eine ausgezeichnete zentrische Führung, wodurch Unwuchten der Kardanwelle vermieden wer den können.
Bei den geringen axialen Rückstellkräften, die diese Gelenkhebelkupplungen aufweisen, kann es störend sein, dass die Kardanwelle nur wenig axial ge führt ist. Bei einer axialen Verschiebung der einen Welle werden die Gelenkhebel der Gelenkhebelkupplung aus gelenkt. Soll die Kupplung ein Drehmoment übertragen, tritt dann eine Seitenkraft auf, die bestrebt ist, die Kar danwelle axial zu verschieben. Diese Seitenkraft muss von der am anderen Ende der Kardanwelle angeordne ten Kupplung aufgenommen werden.
Bei der zentrischen Gelenkhebelkupplung ist nur die innere Widerstandskraft gegen eine Axialverschiebung abhängig von der Länge der Gelenkhebel, von der An zahl der Gelenkhebel und der kardanischen Elastizität der Gelenke .dieser Gelenkhebel. Je länger die Gelenk hebel sind, je geringer die Anzahl der Gelenkhebel und damit auch die der Gelenke und je grösser die kardani- sche Elastizität der Gelenke ist, um so geringer sind die inneren Widerstandskräfte der Gelenkhebelkupplung bei einer axialen Verschiebung.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Anzahl der Gelenkhebel der beiden Gelenkhebelkupplungen verschieden gross ist, dass die Länge der Gelenkhebel der einen Gelenkhebelkupplung grösser ist als die der anderen, und dass die Gelenke der einen Gelenkhebelkupplung, und zwar der mit der grös- seren Anzahl von Gelenkhebeln, eine harte kardanische Elastizität aufweisen, während die Gelenke der Gelenk hebelkupplung mit der kleineren Anzahl von Gelenkhe beln eine weiche kardanische Elastizität aufweisen.
Bei einer solchen Anordnung ergibt sich eine gute axiale Führung .der Kardanwelle durch die axiale härtere Gelenkhebelkupplung und gleichzeitig eine gute axiale Beweglichkeit ohne grosse Rückstellkräfte der fest gela- gerten Wellen zueinander durch die am anderen Ende der Kardanwelle angeordnete axiale weichere Gelenkhe- belkupplung.
Die Erfindung soll nunmehr anhand einiger Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert werden. In den Fig. 1 und 2 ist eine Verbindungseinrichtung gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. 3 zeigt ebenfalls schema tisch die Kardanwelle mit den beiden Kupplungen ohne die antreibende und abtreibende Welle. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Einrichtung, beider die eine (antreibende) Welle als Hohlwelle ausgebildet ist. Bei den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist so wohl die eine (antreibende) Welle als auch die Kardan welle als Hohlwelle ausgebildet.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele von kardanisch weichen und die Fig.ll bis 13 von kardanisch harten Gelenken. Schliesslich zeigen die Fig. 14 und 15 ein Anwendungs beispiel der in Fig. 6 und 7 dargestellten Kupplungen bei einem Achsantrieb eines elektrischen Triebfahrzeuges.
In sämtlichen Fig. ist jeweils mit 1 die Kardanwelle, mit 2 die antreibende und mit 3 die abtreibende Welle bezeichnet. Antreibende und abtreibende Welle können aber auch vertauscht sein. Die Wellen 2 und 3 sind in Lagern 20 bzw. 30 gelagert. Weiter ist mit 21 die Kupp lung zwischen Welle 2 und Kardanwelle 1 und mit 31 die Kupplung zwischen Welle 3 und Kardanwelle 1 be zeichnet. Jede Gelenkkupplung weist an dem mit den Wellen 1 und 2 verbundenen Kupplungsteil Gelenke 22 bzw. 32 und an den mit der Kardanwelle 1 verbunde nem Teil Gelenke 24 und 34 auf. Diese Gelenke 22 und 24 bzw. 32 und 34 sind jeweils durch Gelenkhebel 23 bzw. 33 miteinander verbunden.
Die Kupplung 21 weist im Ausführungsbeispiel drei Gelenkhebel und die Kupplung 31 fünf Gelenkhebel auf. Die Anzahl kann bei der ersten ebenso gut grösser und bei der Zweiten ebenso gut grösser oder auch klei ner sein. Die Gelenke der beiden Gelenkhebelkupplun- gen sind verschieden ausgeführt und zwar so, dass die Kupplung 21 mit der geringeren Anzahl von Gelenkhe beln eine weiche kardanische Elastizität und die der an deren eine harte kardanische Elastizität aufweisen.
In den Fig. 8 bis 10 sind Ausführungsbeispiele für die Gelenke 22 bzw. 24 mit kardanisch weicher Elastizi tät dargestellt. Die kardanisch weiche Elastizität wird bei dem Gelenk nach Fig. 8 durch eine Gummizwi- schenlage in Form eines konvexen kugelförmigen Rota tionskörpers zwischen den beiden entsprechend geform ten Gelenkteilen und bei dem in Fig. 9 dargestellten Ge lenk durch Gummizwischenlagen in Form eines Rota tionskörpers mit zwei gegeneinander geneigten nach aussen abfallenden Flächen,
die zwischen zwei entspre chenden Gelenkkörpern angeordnet sind und bei dem Gelenk nach Fig. 10 durch eine zylindrische starke Gummizwischenlage zwischen zwei entsprechenden Ge lenkkörpern erreicht.
Die Gelenke 32 bzw. 34 mit harter kardanischer Elastizität zeigen die Fig. 11 bis 13. In Fig. 11 ist ein Gelenk mit Gummizwischenlagen in Form eines konka ven Rotationskörpers zwischen den Gelenkkörpern dar gestellt. Fig. 12 zeigt ein Gelenk mit einer Gummizwi- schenlage in Form eines Rotationskörpers mit nach in nen gegeneinander geneigten Flächen und die Fig. 13 ein Gelenk mit einer zylindrischen dünnen Gummizwi- schenlage zwischen den beiden Gelenkteilen.
Anstelle von Gummizwischenlagen können ebenso gut andere Materialien, die gummielastische Eigenschaften aufwei sen, zur Verwendung kommen. Weitere Auführungsbeispiele der Einrichtung ge- mäss der Erfindung zeigen die Fig. 4 und 5. Hier ist aus Gründen der Platzersparnis die antreibende Welle 1 als Hohlwelle ausgebildet. Auf der Welle 1 kann z.
B. ein Zahnrad eines Stirnradgetriebes aufgesetzt sein, das von einem mit einem Antriebsmotor gekuppelten Ritzel an getrieben wird. In Fig. 5 ist die gleiche Kupplungsanord nung dargestellt, jedoch mit gegenüber der Welle 3 parallel verschobener Welle 2.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 ist sowohl die antreibende Welle 2 als auch die Kardan welle 1 als Hohlwelle ausgebildet. Diese Anordnung, wie auch die nach Fig. 4 und 5 kann für die Kupplung zwi schen Grossrad und Treibradachse elektrischer Trieb fahrzeuge angewandt werden. In der Fig. 7 ist die Welle 3 gegenüber der Welle 2 parallel ausgelenkt.
In den Fig. 14 und 15 ist die Anwendung einer Ver bindungseinrichtung gemäss der Erfindung für die Kupplung zwischen dem Grossrad des Getriebes und den Treibrädern eines elektrischen Triebfahrzeuges dar gestellt. In diesen Fig. ist mit 4 der angefedert im Dreh gestell oder im Fahrzeugrahmen angeordnete Antriebs motor bezeichnet, auf dessen Welle ein Ritzel 5 aufge- keilt ist, .das mit dem Grossrad 6 kämmt. Das Grossrad ist auf die Hohlwelle 2 aufgesetzt.
Zur Kraftübertragung von dem Grossrad 6 zu der als Hohlwelle ausgebildeten Kardanwelle 1 dient die Gelenkkupplung 21, deren Ge lenkhebel einerseits an dem Grossrad angeordneten Ge lenken und andererseits an der Hohlwelle angeordneten Gelenken angreifen. Der Kraftübertragung von der Hohlwelle zum Treibrad dient die Kupplung 31, deren Gelenkhebel einerseits an den mit der Hohlwelle und andererseits mit an dem einen Treibrad 7 verbundenen Gelenken angreifen. Aus Gründen der Raumersparnis und um eine leichtere Montage zu ermöglichen, ist die Gelenkhebelkupplung 31 aussen am Treibrad 7 ange ordnet. Zu diesem Zwecke weist das Treibrad 7 Öffnun gen auf, durch die mit der Hohlwelle verbundene, die Gelenke 34 aufnehmende Träger hindurchtreten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Einrichtung ge- mäss der Erfindung ist z. B. die Verbindung eines Die selmotors mit einem Generator, wobei der Dieselmotor zur Vermeidung der Übertragung seiner Schwingungen im Rahmen eines Fahrzeuges federnd und der Generator nicht federnd gelagert ist.
Die Verbindungseinrichtung gemäss der Erfindung wird auch vorteilhaft bei stationären Anlagen ange wandt, bei denen die eine Welle starken axialen, winkli gen und parallelen Verlagerungen gegenüber der zweiten Welle ausgesetzt ist.
Device for connecting two axial and / or angular and / or parallel displacements exposed shafts by means of a cardan shaft The invention relates to a device for connecting two axial and / or angular and / or parallel shafts exposed to displacements by means of a cardan shaft.
There are already numerous coupling arrangements between two shafts and intermediate cardan shaft known. In most known connections of this type, the propeller shaft is designed as a telescopic shaft to compensate for axial displacement conditions of the two waves, which can change its length by inserting one into the other part or pulling it out of it. For this purpose, axial forces are required to overcome the friction, which can be relatively large when the nominal torque of the clutch is transmitted. These forces mean a loss of energy and increase wear.
Above all, the parts that slide into one another are subject to wear, which one must try to keep small by means of lubrication. The universal joints with which the cardan shaft is linked to the two shafts to be coupled also require ongoing lubrication and monitoring, so that such known coupling arrangements require ongoing maintenance.
The object of the invention is to create a coupling arrangement with a cardan shaft that requires no maintenance and great axial displaceability of the two shafts to be coupled with low axial drag forces under torque load and angular and parallel displaceability - allows the two shafts to be coupled without great internal drag forces. The arrangement should have little or very little circumferential elasticity.
According to the invention, the object is achieved in that a centering articulated lever coupling with at least three articulated levers is used to connect each of the two ends of the cardan shaft to one end of each of the other two shafts, which via joints on one or the other shaft and the cardan Attack wave. The articulated lever couplings used in this coupling arrangement are already known per se. They allow great axial mobility with only extremely low restoring forces and have excellent central guidance, which means that imbalances in the cardan shaft can be avoided.
Given the low axial restoring forces that these articulated lever couplings have, it can be disruptive that the cardan shaft is only slightly axially guided. With an axial displacement of one shaft, the articulated levers of the articulated lever coupling are steered from. If the clutch is to transmit a torque, a side force then occurs which tries to move the Kar danwelle axially. This lateral force must be absorbed by the coupling arranged at the other end of the cardan shaft.
With the central articulated lever coupling, only the internal resistance against axial displacement is dependent on the length of the articulated lever, the number of articulated levers and the cardanic elasticity of the joints. The longer the articulated levers, the lower the number of articulated levers and thus also that of the joints and the greater the cardanic elasticity of the joints, the lower the internal resistance forces of the articulated lever coupling in the event of an axial displacement.
According to a further development of the invention it is therefore provided that the number of articulated levers of the two articulated lever couplings is different, that the length of the articulated lever of one articulated lever coupling is greater than that of the other, and that the joints of one articulated lever coupling, namely the one with the largest - Seren number of articulated levers, have a hard cardanic elasticity, while the joints of the articulated lever coupling with the smaller number of joint levers have a soft cardanic elasticity.
Such an arrangement results in good axial guidance of the cardan shaft through the axially harder articulated lever coupling and, at the same time, good axial mobility without great restoring forces of the fixed shafts to one another through the axially softer articulated lever coupling arranged at the other end of the cardan shaft.
The invention will now be explained in more detail with reference to some Ausfüh approximately examples. In FIGS. 1 and 2, a connecting device according to the invention is shown schematically. Fig. 3 also shows schematically the cardan shaft with the two clutches without the driving and driven shaft. 4 and 5 show a device in which the one (driving) shaft is designed as a hollow shaft. In the embodiments shown in FIGS. 6 and 7, the one (driving) shaft and the cardan shaft is designed as a hollow shaft.
FIGS. 8 to 10 show embodiments of soft gimbal joints and FIGS. 11 to 13 of hard gimbal joints. Finally, FIGS. 14 and 15 show an application example of the couplings shown in FIGS. 6 and 7 for an axle drive of an electric traction vehicle.
In all of the figures, 1 denotes the cardan shaft, 2 denotes the driving shaft, and 3 denotes the driven shaft. The driving and driven shaft can, however, also be interchanged. The shafts 2 and 3 are supported in bearings 20 and 30, respectively. Next is with 21 the hitch ment between shaft 2 and cardan shaft 1 and with 31 the coupling between shaft 3 and cardan shaft 1 be distinguished. Each articulated coupling has joints 22 and 32 on the coupling part connected to the shafts 1 and 2 and joints 24 and 34 on the part connected to the cardan shaft 1. These joints 22 and 24 or 32 and 34 are connected to one another by joint levers 23 and 33, respectively.
In the exemplary embodiment, the coupling 21 has three articulated levers and the coupling 31 has five articulated levers. The number can just as easily be larger for the first and just as well larger or smaller for the second. The joints of the two articulated lever couplings are designed differently in such a way that the coupling 21 with the smaller number of articulated levers has a soft cardanic elasticity and that of the other has a hard cardanic elasticity.
In Figs. 8 to 10 embodiments for the joints 22 and 24 are shown with gimbal soft elasticity. The gimbal soft elasticity is achieved in the joint according to surfaces sloping towards each other, sloping outwards,
which are arranged between two corre sponding joint bodies and reached in the joint of Fig. 10 by a cylindrical strong rubber intermediate layer between two corresponding Ge joint bodies.
The joints 32 and 34 with hard cardan elasticity are shown in FIGS. 11 to 13. In FIG. 11, a joint with rubber liners in the form of a concave body of rotation between the joint bodies is provided. FIG. 12 shows a joint with a rubber intermediate layer in the form of a body of revolution with surfaces inclined towards one another and FIG. 13 shows a joint with a cylindrical thin rubber intermediate layer between the two joint parts.
Instead of rubber intermediate layers, other materials that have rubber-elastic properties can be used as well. Further embodiments of the device according to the invention are shown in FIGS. 4 and 5. Here, to save space, the driving shaft 1 is designed as a hollow shaft. On the shaft 1 z.
B. be placed a gear of a spur gear, which is driven by a pinion coupled to a drive motor. 5 shows the same coupling arrangement, but with shaft 2 displaced parallel to shaft 3.
In the embodiments of FIGS. 6 and 7, both the driving shaft 2 and the cardan shaft 1 is designed as a hollow shaft. This arrangement, as well as that of FIGS. 4 and 5, can be used for the coupling between large wheel and driving wheel axle electric drive vehicles. In FIG. 7, the shaft 3 is deflected parallel to the shaft 2.
14 and 15 the application of a connecting device according to the invention for the coupling between the large wheel of the transmission and the drive wheels of an electric traction vehicle is provided. In these figures, 4 denotes the spring-loaded drive motor arranged in the rotating frame or in the vehicle frame, on whose shaft a pinion 5 is keyed, which meshes with the large wheel 6. The large wheel is placed on the hollow shaft 2.
For power transmission from the large wheel 6 to the hollow shaft designed as a cardan shaft 1, the articulated coupling 21 is used, the Ge steering lever on the one hand on the large gear arranged Ge and on the other hand attack on the hollow shaft arranged joints. The force transmission from the hollow shaft to the drive wheel is used by the coupling 31, the articulated lever of which engages on the one hand the joints connected to the hollow shaft and on the other hand with the one drive wheel 7 connected. In order to save space and to enable easier assembly, the articulated lever coupling 31 is arranged on the outside of the drive wheel 7. For this purpose, the drive wheel 7 has openings through which the joints 34 receiving the carrier connected to the hollow shaft pass.
Another field of application of the device according to the invention is z. B. the connection of a The selmotors with a generator, the diesel engine to avoid the transmission of its vibrations in the context of a vehicle is resilient and the generator is not resiliently mounted.
The connecting device according to the invention is also advantageously used in stationary systems in which the one wave is exposed to strong axial, angular and parallel displacements relative to the second wave.